<Desc/Clms Page number 1>
TETE DE CYLINDRE POUR MOTEURS.DIESEL, ENPARTICULIER'DE VEHICULES
A MOTEUR.
La présente invention se rapports à la conformation de têtes de- cylindres pour moteurs Diesel à soupapes renversées et à injection du combus- tible dans une chambre de combustion dans la tête du cylindre, en particu- lier pour moteurs Diesel rapides de véhicules à moteur.
Dans de telles têtes de cylindres, on a placé,déjà des chambres de combustion des formes les plus variéeso Dans le cas désirable de la po- sition centrale ou presque centrale de celle-ci par rapport à l'alésage du cylindre, il n'était cependant pas possible jusqu'à présent d'amener, à la fin de la compression dans la chambre de combustion, une partie du volume d'air assez grande pour obtenir le meilleur rendement, d'obtenir une forme de la chambre de combustion, particulièrement avantageuse, assez large pour la pulvérisation du combustible, ou même d'arriver à ce que seule la plus petite partie du volume de compression, que l'on ne peut diminuer d'avan- tage à cause de l'espace de sécurité nécessaire entre le fond du piston et la tête de cylindre, se trouve hors de la chambre dans le cylindre.
Il n'é- tait pas possible non plus, dans ce cas, de réaliser une chambre de com- bustion de forme sphérique ou presque sphérique.
Des conditions relativement favorables peuvent être atteintes par contre, avec l'incorporation d'une chambre de combustion dans le piston, car on a alors un grand volume dans la chambre de combustion et le piston peut être rapproché jusqu'à la plus petite distance du fond du cylindre, et on peut avoir aussi une disposition centrale, d'où un échauffement uni- forme du piston et par suite pas de distorsion de la chemise de pist,on,; et une turbulence uniformeo à ces avantages de chambres de combustion dans le piston s'opposent cependant des défauts fondamentaux de ces dispositions, qui ont une influence défavorable sur l'élévation de rendement et la dimi- nution de la consommation de combustible que l'on poursuit.
Ces inconvénients
<Desc/Clms Page number 2>
consistent surtout, en dehors d'une augmentation notable du poids du piston, dans le fort écoulement de chaleur à partir de la chambre de combustion et dans la dilatation accrue du piston qui en résulte.
Pour empêcher, dans les chambres de combustion, un effritement et une détérioration par fusion partielle de l'entrée de la chambre de com- bustion qui atteint des températures très élevées, on ne peut faire celle- ci aussi étroite qu'on pourrait l'admettre en soi pour avoir la meilleure mise en turbulence de l'air de combustion et par suite l'obtention des cir- constances les plus favorables en ce qui concerne la combustion et le rende- ment, A la forte turbulence qui résulte d'une entrée étroite de cette espè- ce, sont associées d'autre part, dans les formes de réalisation connues jusqu'à présent, des pertes de chaleur par les parois de la chambre de com- bustion, nuisibles à une bonne combustion.
Dans les chambres de combustion dans le piston, les dimensions de l'entrée de la chambre de combustion doivent en outre être maintenues re- lativement grandes pour cette raison aussi que, par une vitesse autrement désirable des gaz qui s'échappent, lesquels ont initialement une tempéra- ture de plus de 2.000 C, les corps de soupape sont chauffés de manière inad- missible et se déforment, car elles sont atteintes directement et d'un cô- té seulement par des jets de feu. Une chambre de combustion dans le piston nécessite en outre une tuyère à plusieurs trous parce que l'écoulement de l'air se fait dans la même direction que celui du combustible. Pour amélio- rer le processus de mélange, on a fait déjà à plusieurs reprises des essais d'introduction dans l'entrée de la chambre de combustion, d'un élément dé- flecteur adapté à la tête de cylindre.
Ces essais sont cependant restés sans suite par suite de la non-conservation de l'élément déflecteur. Dans un élé- ment déflecteur adapté à un piston, pour une chambre de combustion dans la tête de cylindre, ce défaut se présente encore dans une plus large mesure.
La présente invention indique un mode de construction d'une tête de cylindre à soupapes renversées avec une chambre de combustion de grand volume, dans laquelle on a les avantages des chambres de combustion agen- cées dans le piston sans en avoir les inconvénients, où les formes défa- vorables des chambres de combustion dans la tête de cylindre employées jus- qu'à présent sont évitées, et où sont possibles de grandes sections de soupapes et une ouverture rapide de celles-ci. Suivant l'invention, on pré- voit, pour l'admission et l'évacuation ensemble plus de 4 soupapes de l'a- gencement d'une chambre de combustion prenant plus de la moitié, par exem- ple 60% du volume de compression, au milieu ou à peu près au milieu de l'a- lésage du cylindre.
Dans une autre réalisation de l'invention, on peut pré- voir une chambre de combustion qui, pour les rapports de compression habi- tuels dans les moteurs Diesel, de par exemple 1/13 à 1/20, prend environ 80 à 90% du volume de compression et pour laquelle seulement la partie la plus faible, et inévitable, du volume de compression se trouve dans l'es- pace du cylindre. Par l'invention on arrive à un volume de chambre de com- bustion très favorable pour la combustion, à l'emplacement le plus favorable et avec la meilleure forme, comme cela n'était pas possible jusqu'à présent.
Les échauffements unilatéraux qui se présentent, au piston et en partie à la tête de cylindre, pour des chambres disposées latéralement, sont süre- ment évités par l'invention.
La forme de la chambre de combustion peut être réalisée à volon- té, elle est faite avec avantage, comme cela est connu en soi, sphérique ou presque sphérique. A l'opposé de l'entrée se trouve l'injection de com- bustible. Pour l'injection de combustible, on peut employer une tuyère à champignon, le voile de combustible qui se produit étant amené, par l'écou- lement d'air, non pas à de plus petits diamètres, comme c'est le cas autre- ment la plupart du temps, mais à de plus grands diamètres, et par suite pulvérisé de la manière la plus fine. Par l'invention, la partie de la tuyè- re d'injection soumise aux plus hautes températures est balayée de manière particulièrement effective par l'agent refroidissant.
<Desc/Clms Page number 3>
Dans une autre particularité constructive de l'invention, cha- que soupape de la tête de cylindre est commandée par une came particulière et par suite, en raison de la masse à accélérer plus petite des soupapes plus petites, par opposition à l'actionnement par une seule came et un seul culbuteur communs à plusieurs soupapes, on peut avoir une ouverture et une fermeture plus rapides et par suite un remplissage et une vidange des gàz brûlés sensiblement meilleurs.
Pour maintenir basse la température des parties de piston op- posées à la sortie de la chambre de combustion, on peut, en combinaison avec la tête de cylindre suivant l'invention, prévoir un passage contrôlé d'hui- le de refroidissement dans le piston. Malgré la grande chambre de combustion avec un diamètre étroit, le plus favorable, de l'entrée, il ne se présente pas de distorsion des soupapes, car le jet de feu sortant de la chambre de combustion n'est pas dirigé contre les soupapes.
L'entrée de la chambre de combustion peut dans la nouvelle dis- position, être maintenue étroite, puisqu'elle peut être bien refroidie et que d'autre part, par suite de la conformation de la chambre de combustion, il ne peut se produire de grandes pertes de chaleur par suite des grandes vitesses d'écoulement dans celle-ci.
Ceci est rendu possible par le fait que suivant l'invention, la chambre de combustion est constituée de deux parties principales, dont la partie intérieure est en matériau réfractaire à l'effritement et dont la par- tie extérieure est en matériau de grande résistance aux températures norma- les (environ 0 à 20 C). Entre les deux parties de la chambre de combustion on a prévu un étroit intervalle d'air.
Avantageusement, la tête de cylindre et la chambre de combustion sont conformées de telle sorte que celle-ci, comme cela est connu en soi, peut être montée comme un tout dans la tête de cylindre.
Dans l'agencement et la conformation suivant l'invention, de la chambre de combustion, on peut obtenir avec avantage une mise en turbulence particulièrement favorable, de l'air de combustion, par un élément déflec- teur adapté de manière connue au fond du piston, qui pénètre peu avant le point mort supérieur dans l'entrée de la chambre de combustion.
Une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'in- vention résulte de l'agencement de 3 soupapes d'admission et de 3 soupapes d'échappement à la périphérie de l'alésage du cylindre, une chambre de com- bustion sphérique de grand volume pouvant être ménagée alors entre les sou- papes.
L'invention donne aux moteurs Diesel de nouvelles possibilités très étendues. Elle satisfait, à un degré non atteint jusqu'à présent, à toutes les exigences essentielles que l'on peut poser dans les moteurs Die- sel pour l'élévation du rendement, la diminution de là consommation de com- bustible, l'augmentation du nombre de tours et une marche tranquille. Elle permet ainsi l'application de moteurs Diesel à marche rapide là où jusqu'à présent ne pouvaient être employés que des moteurs Otto à marche rapide ou des moteurs Diesel à marche lente.
Sur le dessin, on a représenté schématiquement aux figures 1, 2 et 3 un exemple de forme de réalisation d'une tête de cylindre suivant l'invention pour un moteur Diesel d'un véhicule à moteur. Figure 1 est une coupe longitudinale verticale dans un cylindre, et en fait suivant la li- gne A-B-C-D-E de la Figure 2. Cette dernière représente à sa partie infé- rieure une section suivant la ligne F-G de la figure 1,à sa partie supé- rieure, une coupe suivant la ligne K-L de la figure 1. Figure 3 est une coupe suivant la ligne H-I de la figure 1. Figure 4 montre une chambre de combustion pour une tête de cylindre suivant l'invention.
Sur les figures 1 et 3 : 1 désigne une tête de cylindre, 2 une chemise de cylindre, 3 une garniture entre ces deux parties, 4 une envelop- pe de refroidissement appliquée contre la chemise de cylindre 2 et se rac- cordant au carter des manivelles, 5 sont des soupapes d'admission, 6 des
<Desc/Clms Page number 4>
soupapes d'échappement, 7 des canaux d'admission, 8 des canaux d'échappe- ment de la tête de cylindre, 9 un ressort de soupape d'admission, 10 un ressort de soupape d'échappement, 11 est un arbre à came d'admission, 12 un arbre à came d'échappement, 13 sont des cames d'admission, 14 des cames d'échappement, 15 et 16 des culbuteurs pour les soupapes d'admission et d'échappement, 17 et 18 des arbres sur lesquels sont montés les culbuteurs 15 et 16, 19 est un couvercle au-dessus de la tête de cylindre,
dans lequel sont tourillonriés les arbres 11, 12,17 et 18 dans les parois intermédiai- res 20.
21 est la chambre de combustion, qui est vissée par un filet 22 sur une collerette 23 qui possède un passage (entrée) 24. Entre la tête de cylindre et la chambre de combustion est introduite une garniture 25; 26 est une tuyère à combustible, à laquelle du combustible est amené par la canalisation 27. Par un chapeau fileté 28, la conduite d'amenée 27 est rete- nue à la douille 29 qui constitue la suite de la chambre de combustion. 30 est un autre chapeau fileté qui assure l'étanchéité entre l'espace de refroi- dissement de la tête de cylindre et la douille 29.31 et 34 sont des canaux pour l'agent de refroidissement du côté admission et du côté échappement.
32 et 35 sont des joints de caoutchouc, 33 et 36 des canaux, tous pour l'a- gent de refroidissement dans son passage entre l'enveloppe de refroidisse- ment et la tête de cylindre 1.
37 et 38 sont des boulons de fixation du côté admission et du côté échappement de la tête de cylindre pour fixer celle-ci sur le carter des manivelles. 39 est la bague entourant la tuyère à combustible dans la partie supérieure de la chambre de combustion 21.
Sur la figure 4, 41 désigne la partie inférieure d'une chambre de combustion, qui est soudée à la partie supérieure 42 de celle-ci, 43 est la partie inférieure d'une coquille entourant la chambre de combustion, qui sera soudée à la partie supérieure 44 de cette coquille après l'intro- duction de la chambre de combustion. 45 est le filet prévu à la partie in- férieure de la coquille 43 pour la fixation de toute la chambre de combus- tion à la tête du cylindre. 46 est une douille assemblée à la partie su- périeure de la coquille 44 de la chambre de combustion, qui reçoit inté- rieurement la tuyère à combustible et une partie de sa conduite d'amenée, et qui possède en haut'un filet 47 pour la fixation de la conduite d'ame- née de combustible.
48 est une cannelure périphérique de la douille 46, 49 une collerette par laquelle sont centrées l'une dans l'autre les parties 42 et 44, 50 une autre collerette par laquelle sont entrées l'une dans l'autre les parties 41 et 43. 51 est une douille de la partie inférieure 41 de la chambre de combustion, qui contient le passage 52 vers l'espace de combustion principal du cylindre.
53 est un espace entre les parties 41 et 42 de la chambre de combustion d'une part et les parties 43 et 44 de la coquille d'autre part.
Dans la tête de cylindre suivant l'invention, montrée aux figu- res 1 à 3, sont prévues trois soupapes d'admission et trois soupapes d'é- chappement. La chambre de combustion 21 agencée entre celles-ci dans l'axe du cylindre prend plus de la moitié du volume de compression. Suivant les rapports de compression donnés, elle peut avoir de 80 à 90% du volume de compression. Une grande chambre de combustion de cette sorte peut encore être placée dans la tête de cylindre même avec cinq soupapes, par exemple trois soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement, par contre cela n'est pas possible avec un plus petit nombre de soupapes, par exemple avec quatre soupapes, lorsqu'on veut prévoir la grande' section de soupapes né- cessaire pour un rendement élevé du moteur.
La chambre de combustion 21 n'a pas besoin de se trouver exactement au milieu du cylindre, on peut ad- mettre aussi divers écarts d'avec cette position. L'entrée de chambre de combustion 24, comme elle se trouve librement entourée d'agent refroidis- sant, est bien refroidie, et c'est le cas aussi pour la tuyère à combus- tible, car celle-ci est soumise à l'action intensive de l'agent refroidis- sant dans l'anneau 39 de la chambre de combustion qui l'entoure, grâce à la forme retroussée indiquée pour cet anneau.
<Desc/Clms Page number 5>
Dans la tête de cylindre montrée, chacune des trois soupapes d'admission 5, aussi bien que chacune des trois soupapes d'échappement 6, est mue par une came particulière, respectivement 13 et 14. Les masses de soupapes à accélérer qui, d'après l'invention, sont plus petites que dans les réalisations connues, peuvent être mues notablement plus vite par les diverses cames, les soupapes peuvent donc être plus rapidement ouvertes et fermées et par suite être maintenues complètement ouvertes pour un temps plus long, ce qui fait qu'on obtient un meilleur remplissage et une meil- leure vidange d'un cylindre et par suite un rendement plus élevé.
Le liquide de refroidissement est amené dans les espaces de refroidissement de la tête de cylindre, venant de l'enveloppe 4, par l'alé- sage 36, la garniture 35 et l'alésage 34, et passe par l'alésage 31, la gar- niture 32 et l'alésage 33 dans une autre partie de l'enveloppe de refroidis- sement.
Le fond de la tête de cylindre, dans la chambre de combustion principale est fait plan dans la forme de réalisation représentée, ou peut être fait à peu près plan. Les soupapes ne dépassent pas, à l'état fermé, au-dessus d"e la surface du fond, le piston peut donc être approché du fond autant que le permettent les plus petites tolérances de fabrication (par exemple jusqu'à 1 à 1,5 mm).
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4, les parties 41 et 42 sont fabriquées en un matériau réfractaire à l'effritement qui résiste très bien aux hautes températures, tandis que les parties 43 et 44, qui sont donc bien refroidies de toutes parts par l'agent refroidis- sant s'écoulant à travers la tête de cylindre, sont faites en un matériau qui possède une grande résistance aux températures normales. L'épaisseur de paroi des parties 41 et 42 et l'épaisseur de l'espace d'air 53 sont dimen- sionnées de telle façon que le retrait de chaleur qui se fait par elles rè- gle automatiquement la température de la paroi de la chambre de combustion à une valeur telle que l'on obtienne pour la combustion le cours le plus favorable.
L'invention est particulièrement avantageuse avec des cylindres à grand alésage, en particulier à partir d'environ 120 mm.
REVENDICATIONS.
1. Tête de cylindre pour moteurs Diesel à soupapes renversées et à chambre de combustion dans la tête de cylindre, en particulier pour véhicules à moteurs, caractérisé en ce que pour l'admission et l'échappe- ment ensemble sont prévues plus de 4 soupapes et en ce que dans ou à peu. près dans le milieu de l'alésage du cylindre est agencée une chambre de- combustion prenant plus de la moitié du volume de compression.