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MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, EN PARTICULIER MOTEUR A CULASSE INCANDESCENTE.
L'invention est relative à des moteurs à combustion, en parti- culier des moteurs à culasse incandescente et a pour but de créer un moteur possédant un haut rendement pour une compression relativement faible.
Dans les moteurs à combustion à injection directe du carburant dans la chambre du cylindre,la chambre de combustion ou respectivement la culasse du cylindre est refroidie. Ces moteurs fonctionnent tous suivant le procédé de la chambre à tourbillon, dans lequel les endroits où la vitesse des gaz est la plus élevée, les canaux de tir sont refroidis de façon par- ticulièrement intense. Ceci offre l'inconvénient qu'on extrait inutilement de la chaleur de l'opération de combustion qui est éliminée par l'agent de refroidissement et anéantie par le refroidisseur. Il résulte de cette ex- traction de chaleur une perte, qui se manifeste en premier lieu par un abais- sement de la pression et en général par une augmentation de la consommation de combustible.
Comme ces moteurs fonctionnent avec une faible compression, on est obligé, pour assurer l'allumage également en marche à vide, de situer le début de l'injection très tôt et de construire des régénérateurs de cha- leur fortement surchauffés, qui, de leur côté, extraient de nouvelles quan- tités de chaleur à l'opération. Les vitesses de gaz élevées apparaissant dans les rétrécissements de la chambre de combustion, représentent de même une nouvelle perte qui se manifeste par une consommation de combustible plus élevée.
L'invention repose essentiellement sur la découverte qu'on ob- tient des conditions plus favorables à la marche du moteur quand la culasse du cylindre demeure au moins partiellement non refroidie et que la chambre de combustion a environ la forme d'un cône ouvert. De cette manière, non seu- lement les pertes de chaleur mentionnées au début pendant la compression et l'opération de combustion sont évitées, mais également les pertes d'écoule- ment dans la chambre' de combustion atteignent un minimum. Les régénérateurs
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de chaleur fortement chargés,qui doivent être le plus souvent construits en matériaux résistant fortement à la chaleur, peuvent être supprimés.
La température modérée de la chaleur totale de la chambre de combustion permet déjà une marche assurée quand on supprime le refroidissement direct des gaz. Le moment de l'injection peut avoir lieu beaucoup plus tard et de ce fait, le début de l'allumage et le cours de la combustion deviennent beau- coup plus stables. Ces avantages permettent sans augmentation notable de' la pression maximum de combustion, d'augmenter la charge du moteur de 25 % et de diminuer la consommation spécifique de 25 %. De cette façon, le moteur à culasse incandescente atteint pour une compression beaucoup 'plus faible', les meilleures consommations de moteurs Diesel analogues. Il résulté du be- soin de refroidissement moindre une consommation d'énergie et une construc- tion moins importantes des ventilateurs et des refroidisseurs.
Par l'appli- cation du refroidissement à l'air, la marche du moteur à culasse incandes- cente est favorisée par rapport au refroidissement à l'eau. Ainsi, il est par exemple possible d'augmenter notablement le nombre de tours du moteur à culasse incandescente.
L'invention prévoit en outre que la chambre de combustion est de préférence entourée d'un manteau conique non refroidi en son milieu. Au lieu de cela, la chambre de combustion peut consister en un cône refroidi @ au-dessus et en-dessous et/ou sur des parties de sa périphérie.
L'objet de l'invention embrasse d'ailleurs tous les genres de moteurs à injection directe, ainsi par exemple les moteurs dans lesquels la tuyère d'injection est disposée dans le cylindre, et cela au voisinage de la zone de soudure entre le cylindre et sa culasse. Dans ce moteur, la culasse du cylindre ou respectivement la chambre de combustion peuvent res- ter entièrement exemptes de refroidissement. On peut également imaginer que les tuyères d'injection et les bougies d'allumage sont disposées dans la culasse du cylindre comme éléments refroidis pour eux-mêmes, c'est-à-dire indépendamment de la culasse du cylindre.
En utilisant les tuyères d'injec- tion usuelles et d'autres dispositifs auxiliaires sensibles à la chaleur dans la culasse du cylindre, il est avantageux de ne refroidir dans la cu- lasse du cylindre que ces dispositifs auxiliaires tandis que le restant de la culasse du cylindre demeure exempt de refroidissement.
L'invention prévoit en outre que la tuyère d'injection et le dispositif d'allumage, par exemple une bougie incandescente ou une bougie d'allumage, sont vissées chacune dans une garniture raccordée de façon amo- vible à la culasse du cylindre et soumise à l'action de l'agent de refroi- dissement. Les garnitures sont refroidies par exemple au moyen d'eau par des canaux prévus dans la culasse du cylindre, et cela dans les moteurs horizontaux, de préférence suivant le procédé au thermo-siphon de manière' à retirer le moins de chaleur possible de la culasse du cylindre et en re- vanche le plus de chaleur possible de la tuyère.
On utilise donc un refroi- dissement qui se différencie dans son action, qu'on réalise conformément à l'invention, du fait que les canaux d'introduction aux endroits de refroi- dissement dans la culasse du cylindre sont constitués sous forme d'alésages lisses dans des renforcements appliqués ou coulés sur la culasse du cylindre.
Par la disposition amovible des garnitures, les alésages sont facilement ac- cessibles pour être nettoyés. Au lieu des canaux alésés dans la culasse du cylindre, on peut également refroidir les tuyères de façon connue en soi en y introduisant l'agent de refroidissement de l'extérieur par des conduites spéciales.
Dans les moteurs qui démarrent à l'aide de bougies incandes- centes ou de bougies d'allumage ou respectivement de chambres d'incandescen- ce, le dispositif auxiliaire de démarrage est disposé, conformément à la . - présente invention, dans la zone de la chambre de combustion dans laquelle se produit la concentration la plus favorable du mélange lors du démarrage.
Dans des moteurs à combustion dans lesquels,le carburant est projeté sur le fond du piston, il est avantageux de disposer les bougies d'incandescen- ce ou d'allumage dans le tiers inférieur de la culasse du cylindre ou res-
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pectivement le plus près possible de la zone de soudure entre le cylindre et la culasse du cylindre.
Pour éviter que des parties de l'agent de refroi- dissement ne parviennent d'une part dans la chambre de combustion,' et'ne' s'échappent d'autre part à l'extérieur, on propose d'étanchéiser les garni- tures recevant la tuyère d'injection et les bougies d'incandescence ou d'al- lumage du côté de la chambre de combustion, de préférence par un joint plat, et vers l'extérieur par un moyen d'étanchéisation déformable élastique, par exemple un anneau en caoutchouc.
Egalement au point de vue de la construction de la culasse du cylindre, de nouvelles propositions sont faites. On peut par exemple' utili- ser une culasse de cylindre qui ne possède aucun rétrécissement entre le cy- lindre et la chambre de combustion, mais dont la section est la plus grande au raccordement au cylindre, mais est plus petite que la section du cylindre et devient de plus en plus petite vers le fond de la culasse du cylindre.
Dans ce dispositif, les gaz résiduaires demeurant dans la chambre de combus- tion sont balayés par de l'air de balayage en proportion plus élevée que dans les moteurs antérieurs à culasses incandescentes, de sorte qu'une plus grande quantité d'oxygène est introduite dans la chambre de combustion. En ce qui concerne la forme de la culasse du cylindre, différentes possibilités existent. Ainsi, la chambre de culasse du cylindre peut, en partant de l'en- droit de raccordement au cylindre, se rétrécir vers le fond de la culasse du cylindre par exemple suivant un cône, une hémisphère ou sous forme d'uh paraboloïde de révolution.
En outre, la culasse du cylindre présente à l'en- droit de raccordement au cylindre une surface de préférence annulaire qui pénètre par des arêtes vives dans la chambre de combustion. Cet anneau joue deux rôles. En premier lieu, il produit pendant la course de compression un tourbillonnement intense de l'air qui se comprime dans la chambre de cu- lasse du cylindre, et cela du fait que le courant se subdivise aux arêtes vives mentionnées. D'autre part, la surface annulaire protège la chambre de culasse du cylindre pendant l'opération de balayage, contre un balayage to- tal par l'air de purgeage.
Par ce second effet, on aboutit à ce qu'une quan- tité de gaz de combustion résiduaire encore suffisante demeure dans la cu- lasse du cylindre, pour obtenir en même temps qu'avec les parois de culasse non refroidies ou peu refroidies, en plus de la chaleur de compression, la température d'auto-allumage pour le carburant injecté avant le point mort supérieur.
Alors que le moteur Otto à deux temps ne présente aucune dif- ficulté essentielle au refroidissement à l'air, on doit constater dans tous les moteurs Diesel à deux temps que le glissement du piston ne peut pas toujours être assuré dans une mesure suffisante. Ce phénomène ne peut s'ex- pliquer sans plus uniquement par la production de chaleur de l'opération de combustion, parce que le rendement total est au moins aussi favorable que dans les moteurs Otto.
On a à présent démontré que ces difficultés résultent de la charge beaucoup plus élevée supportée par les pistons de moteurs Diesel par suite de la haute compression et de la pression de pointe beaucoup plus éle- vée. Par le soufflage renforcé, la charge radiale notablement accrue des anneaux du piston produite par la pression élevée du gaz, et la pression plus élevée sur les voies de glissement, la capacité de support de la pellicule d'huile de la voie de glissement du piston du moteur Diesel est dans l'ensem- ble soumise à des efforts beaucoup plus élevés que dans le moteur Otto. Sui- vant l'invention, on surmonte ces difficultés en utilisant un refroidissement à l'air pour une compression plus basse et des pressions de combustion plus faibles que chez les moteurs Diesel.
Sous ce rapport, une autre proposition de l'invention consiste en ce que le moteur fonctionne à une compression com- prise entre 1:5 à 1:13 et que le cylindre est refroidi à l'air à l'endroit de sa surface de glissement, l'allumage se produisant par l'action commune de la paroi chaude ou d'une partie de paroi chaude de la chambre de combus- tion d'une part et par la chaleur de compression d'autre part, pendant que la température de cette paroi ou de cette partie de paroi se situe autant que possible au-delà de 2000. En outre, la chambre de combustion peut consis-
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ter en une chambre raccordée au cylindre par un canal de tir et présentant une tête d'allumage. - ----.. --.-.
Des particularités de l'invention ressortent de la description et des dessins qui suivent, qui comprennent plusieurs exemples de réalisa- : tion de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale à travers un moteur à combustion à chambre de combustion non refroidie;
La fig. 2 est une coupe partielle à travers un moteur à cham- '. bre de combustion partiellement refroidie;
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne 1-1 de la fig.. 2. -
Dans la fig. 4 la chambre de combustion a la forme d'un para- boloide de révolution.
La fig. 5 représente un moteur à culasse incandescente à chambre de combustion conique et munie d'un canal de tir, également en cou- pe partielle.
La fig. 6 est une coupe à travers la culasse du cylindre par- tiellement refroidie et la partie supérieure du cylindre.
La fig. 7 'est une vue en plan correspondant à la fig. 6 tan.- dis que -
La fig. 8 est une coupe partielle à travers les canaux de re- froidissement suivant la ligne II-II de la fig. 6.
Sur la fig. 1, le cylindre 1 du moteur est muni d'ailettes 2 de refroidissement. Sur le cylindre est par exemple vissée la culasse coni- que 5 du cylindre, refroidie par des ailettes 3 à sa surface de fond, et ' embrassant la chambre de combustion 4. Dans l'axe du cône, est disposée la tuyère d'injection 6 refroidie par le corps à ailettes 7. Sur le côté, une bougie d'allumage 8 est disposée dans la paroi de la chambre de combustion.
Au cylindre du moteur 1 se raccorde de façon ordinaire la chambre à mani- velle 9 dans laquelle est monté l'arbre à manivelle 10 qui, de son côté, est relié au piston de travail 12 par l'intermédiaire de la bielle 11.
La chambre de combustion 4 porte du côté du piston un étran- glement, c'est-à-dire que le fond de la culasse 5 du cylindre est muni d'u- ne ouverture 13 plus petite que le diamètre libre du cylindre 1 du moteur.
Il se produit ainsi un recouvrement relatif plus grand entre le fond du piston et le fond de la culasse 5 du cylindre contre lequel l'air de com- bustion se comprime davantage que dans la chambre de combustion elle-même.
Ceci favorise de nouveau le tourbillonnement du mélange de carburant et d'air et assure la combustion, en particulier en marche à vide.
Sur les fig. 2 et 3, les mêmes pièces sont désignées par les mêmes chiffres de référence. Dans la chambre de combustion on fait abstrac- tion dans le cas de l'étranglement du côté du piston, c'est-à-dire que la chambre de combustion a sa plus grande ouverture du côté du piston. En outre, la culasse du cylindre est munie d'ailettes 14 de refroidissement supplémen- taires qui embrassent par exemple deux tiers de la périphérie de la chambre de combustion 4.
Sur la fige 4 on décrit une autre forme de construction de la chambre de combustion 15. La culasse 16 du cylindre est ici construite en forme de paraboloïde de révolution. Au point de vue du refroidissement de la culasse du cylindre, la disposition peut être conçue comme sur la fig. 1 ou comme sur la fig. 2. Sur la fig. 4, on choisit la même disposition des ailettes de refroidissement que sur la fig. 2. La chambre intérieure de la culasse 16 du cylindre a sa section la plus grande à son extrémité inférieu- re mais elle est toutefois plus petite que la section du cylindre 17 du mo- teur. Vers le haut, la section de la chambre 15 de combustion se rétrécit progressivement.
La disposition est congue de manière que la culasse 16 du cylindre regoive en-dessous une surface annulaire 18 de même axe que le cy-
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lindre 17, qui pénètre dans la chambre 15 de combustion par une arête vive
19. Le carburant est injecté vers la fin de la course de compression par la tuyère 6 suivant un cône 20 de jet sur le fond -chaud 21 'du piston opératoire*
22, de manière à rebondir en partie et à être renvoyé dans la zone 23 de'tour- billonnement produite dans la chambre de combustion 15. De cetté façon, on obtient un bon mélange du carburant chauffé ou respectivement évaporé avec l'air de combustion.
La surface annulaire 18 en coopération avec 1 'arête vi- ve 19 produit pendant la course de compression du piston opératoire 22'un'' tourbillonnement intense de l'air qui se comprime, environ dans la 'direction de la flèche dessinée, de manière que le courant se divise sur l'arête vive
19.
En outre, la surface 18 protège la chambre de combustion 15 au cours de l'opération de balayage contre l'élimination complète des gaz résiduaires ' qui s'y trouvent,, Les gaz résiduaires sont bien balayés davantage par suite de la nouvelle disposition de la culasse du cylindre; toutefois, il resté dans la chambre de combustion 15 une quantité suffisante de gaz résiduaires qui, avec la chaleur cédée par les parois de la culasse 16 du cylindre et du fond 2l du piston, en combinaison avec la chaleur de compression, pro- duit la température d'auto-allumage du carburant.
Par un refroidissement distribué, on aboutit en outre à ce que les parois de la culasse du cylindre ne dépassent pas une température minimum'déterminée, c'est-à-dire que le refroidissement est de préférence réglable de manière que la température de paroi la plus favorable au phénomène de combustion soit toujours attein- te. En cas de pleine charge du moteur, par exemple, un refroidissement plus intense est avantageux que dans le cas de charge plus faibles ou de marche à vide. Le fond 21 du piston peut recevoir un renfoncement 24 ayant essen- tiellement la forme d'un anneau, ainsi qu'une proéminence ou bec central 25.
De préférence, le renfoncement 24 est construit de manière à former le pro- longement de la chambre de combustion dans la position la plus haute du piston 2.
La fig. 5 représente en coupe partielle un moteur à culasse incandescente dont le cylindre 26 porte également des ailettes 27 de refroi- dissement. Sur le cylindre est fixée la culasse du cylindre 28, munie d'ai- lettes de refroidissement 29. Dans la culasse 28 du cylindre est ménagée une hémisphère 30 reliée au cylindre 26 par un canal de tir 31. Sur cette hémisphère est appliquée une tête d'allumage 32 pouvant être chauffée de l'extérieur. La tuyère 33 lance le jet dans la direction de la tête d'allu- mage 32 et est vissée dans une pièce 34 fortement refroidie de la culasse du cylindre. L'air de refroidissement est par exemple insufflé au moyen d'un ventilateur ou analogue contre les ailettes de refroidissement.
Dans l'exemple de construction suivant les fig. 6 à 8, seuls les dispositifs auxiliaires sensibles à la chaleur sont refroidis dans la culasse 36 du cylindre, tandis que la chambre 37 de combustion n'est pas refroidie ailleurs. La chambre de combustion 37 porte ici un renfoncement 39 à son endroit de raccordement au cylindre du moteur. De cette manière, résultent deux arêtes vives 40 et 41 de forme annulaire qui produisent un tourbillonnement encore plus intense de l'air comprimé dans la chambre de combustion 37. Dans cet exemple de construction, 42 représente la garniture qui reçoit la tuyère 43 d'injection et 44 la garniture pour la bougie d'al- lumage 45. La garniture 42 est étanchéisée vers l'extérieur an moyen d'un anneau de caoutchouc 46.
La garniture 42 est serrée par vissage dans la cu- lasse du cylindre au moyen de deux vis de pression 47. Deux joints 46 et 48 sont en même temps serrés par ces vis. Des joints analogues sont également prévus pour la garniture 44 retenue dans la culasse 36 du cylindre par l'é- crou rond 49. Dans cet exemple de construction, la tuyère d'injection 43 et les bougies 45 d'allumage sont refroidies. Le refroidissement de la tuyère et de la bougie d'allumage s'effectue par les deux canaux 50 et 51 forés dans les renforcements 52 et 53 de la culasse 36 du cylindre. L'agent de re- froidissement, dans l'exemple de construction de l'eau, qui circule .suivant le principe du thermosiphon, balaie entièrement les garnitures 42 et 44 et circule dans le sens de la flèche dessinée.
Dans les moteurs verticaux, l'eau de refroidissement est déchargée de la conduite 5 directement à travers'le
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bouchon 54 représenté en traits mixtes sur la fig. 6 dans le refroidisseur qui n'est pas représenté sur le dessin.
REVENDICATIONS.
1/ Moteur à combustion interne, en particulier moteur à cu- lasse incandescente, caractérisé en ce qu'on injecte le carburant directe- ment dans la chambre du cylindre et que la paroi de la chambre de combustion ou respectivement de la culasse du cylindre sont au moins partiellement non refroidies.
2/ Moteur à combustion suivant la revendication 1, caractérisé-; en ce que la chambre de combustion est limitée par une enveloppe conique qui n'est pas refroidie en son milieu.
3/ Moteur à combustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion consiste en un cône refroidi au-dessus et en-dessous et sur des parties de sa périphérie.
4/ Moteur à combustion suivant les revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que, dans la culasse du cylindre, on ne refroidit de préféren- ce que les dispositifs auxiliaires sensibles à la chaleur, tels que la tuyè- re d'injection du combustible et le dispositif d'allumage ou respectivement les bougies incandescentes ou d'allumage.