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La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion interne du type d'injection de combustible liquide et allumage par compression et du genre comportant une poche de combustion, dans laquelle du combustible est injecte, et qui est associée à l'alésage du cylindre ou à l'alésage de chaque cylindre et communique avec cet alésage par une embouchure dans laquelle est logée une pièce rapportée ou bouchon (appelé ci-après bouchon chaud) ayant en général un contact à conduction thermique limité avec les parois refroidies adjacentes et contenant au moins un passage de transfert par lequel de l'air de combustion est forcé dans la.
poche pendant chaque temps de compression et par lequel les produits de combustion
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et du combustible et de l'air en cours de combustion s'écoulent de la poche dans le cylindre pendant chaque temps de travail..
Dans les moteurs à combustion du genre décrit, la confor- mation de la poche et la disposition du ou des passages de transfert sont généralement telles que l'air forcé dans la poche par le passage de transfert subit dans la poche un tourbillonnement organisé autour d'un axe, le combustible étant injecté dans la charge d'air tourbillonnante, ce tourbillonnement de l'air ayant pour effet de répartir le combustible dans la charge d'air, et l'invention s'applique particulièrement aux moteurs à combustion interne de ce genre dans lesquels la poche est approximativement sphérique ou d'une 'forme générale globulaire dans l'ensemble, comme décrit et représenté par exemple dans les brevets belges n s.
384.932, 409.818 et 541.875 de la Demanderesse, ou bien, de section ovale aplatie vue en coupe dans des plans contenant l'axe du tourbillonne. ment de la charge, comme décrit et représenté dans le brevet belge n 410.143 de la Demanderesse.
Dans les moteurs à combustion interne du genre décrit, le bouchon chaud est soumis à des températures et des sollicitations thermiques élevées qui varient suivant la charge et, pour donner satisfaction, les qualités requises de la matière dont le bouchon est formé sont: une forte résistance à la carbonisation, un faible coefficient d'élasticité, un faible coefficient de dilatation, une forte conduction thernique, une forte résistance à la traction et à l'allongement. L'acier et la fonte de fer possèdent ces qualités jusqu'à un certain degré, mais on constate que fortement sollicités, les bouchons chauds faits en ces matières ont une propension à se crevasser.
Il existe aussi des matières nimoniques ayant les qualités requises à un degré suffisant et moins sujettes à se carboniser ou à se crevasser, mais ces matières sont coûteuses et difficiles à travailler.
Dans la plupart des moteurs du genre décrit, le passage de transfert, ou chaque passage de transfert est placé et conformé de
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manière à établirle tourbillonnement organisé désiré de la charge dans la poche. La disposition tangentielle nécessaire du passage crée une arête à angle augu à chaque extrémité du passage dans le bouchon chaud et on cons ete par expérience que pour des moteurs du genre décrit ayant des poches de combustion de forme approximati- vement sphérique ou globulaire et un seul passage de transfert, des crevasses sont particulièrement aptes à se òrner à partir des extrémités de ces angles aigus du passage, tandis que pour des moteurs dont les poches de combustion ont une section ovale aplatie telle que décrite ci-dessus et deux passages de transfert,
des crevasses se forment facilement entre les deux passages. Ces crevas- ses ne sont pas dues aux pressions de combustion ou aux fortes solli dations thermiques statiques dans des conditions de fortes charge-, mais bien à la fatigue occasionnée par les changements de sollicitation thermique résultant de changements répétés de la charge du moteur.Ainsi, pendant la marche, des gradients considé- rables de température existent entre la partie à haute température du bouchon entourant de près le ou les passages de transfert et, là où il y a deux passages, entre ces passages, à cause des gaz enflammés passant à grande vitesse par ce ou ces passages, et les parties circonférentielles extérieures plus froides du bouchon, ces gradients de température dépendant des variations de charge du moteur et variant avec celles-ci.
Les sollicitations résultant de ces gradients de température se présentent sous une forme com- pliquée à cause de la conformation du bouchon chaud, le contact du rebord circonférentiel extérieur du bouchon avec la paroi refroidie qui. l'entoure, le maintientet localise le bouchon, la disposition normalement asymétrique du ou des passages de transfert dans le bouchon, et l'interférence de diverses parties du bouchon a- vec la dilatation et la contraction d'autres parties.
De plus, la présence de sollicitations thermiques fluctuantes dans les couches superficielles de la matière exposée à la combustion, quoique con-
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finée à ces couches superficielles, peut produire de fortes concen- trations par point de sollicitations thermiques à hauteur des arêtes à angles aigus décrits ci-dessus et peut ainsi contribuer à la formation des crevasses en question.
Sous ce rapport, on peut suppo- ser que le plus grand écoulement de chaleur se situe à la. surface du ou des passages de transfert et près de celle-ci, la dilatation en résultant étant contrariée par la partie relativement rigide plus froide du bouchon entourant cette surface, avec ce résultat que la matière entourant de près le passage de transfert, et entre les passages lorsqu'ils sont deux, est soumise à de fortes sollicitations par compression et cette matière se déforme plasti- quement si la limita de compressibilité de la matière à cette tempé- rature est dépassée.
Ce fluage plastique permet un relâchement des sollicitations occasionnées lorsque le moteur est en charge,'mais provoque des sollicitations correspondantes de la matière par traction lorsque le bouchon se refroidit. Ces sollicitations par traction sont limitées à la valeur de la résistance à la déformation à chaud de la matière par compression et par conséquent peuvent ne pas suffire par elles-êroes à provoquer les crevasses, mais leur répétition, due aux changements de charges en marche et à l'arrêt et la remise en marche du moteur provoque, pense-t-on, un défaut par fatigue se traduisant par les crevasses.
L'expérience prouve que la tendance à la formation de crevasses aux angles aigus des arêtes peut être réduite, comme on s'y attend, en arrondissant ces arêtes, mais ceci tend à diminuer la performance du moteur si le rayon est appréciable,et de plus n'apporte pas une solution au problème quand le développement de puissance est très élevé. ,
Suivant l'invention, dans un moteur à combustion du genre décrit, le bouchon chaud comporte au moins une fente s'étendant de sa partie circonférentielle vers l'intérieur du corps du bouchon et servant à réduire les sollicitations thermiques subies par le bou- chon dues aux dilatations et/ou aux contractions thermiques.
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Normalement une seule fente suffit, et dans un bouchon à passage de transfert unique, cette fente s'étend de préférence depuis la partie circonféxentielle du bouchon jusque dans le passage de transfert, son extrémité intérieure s'étendant longitudinalement par rapport à celui-ci. Dans cette disposition, qui s'applique particulièrement bien aux moteurs du genre décrit comportant une poche de combustion approximativement sphérique ou globulaire, l'extrémité intérieure de la fente s'ouvre dans le passage de transfert et forme avec celui-ci une ouverture ayant la forme générale d'un trou de serrure.
De plus, la fente est contenue de préférence dans un plan qui contient également l'axe longitudinal du passage de transfert, c'est-à-dire la ligne imaginaire' s'étendant au centre du passage de transfert. E- tant donné que dans beaucoup de cas, l'axe longitudinal du passage de transfert est contenu dans un plan renfermant également l'axe du bouchon, c'est-à-dire l'axe par rapport auquel la surface extérieure du bouchon est une figure de révolution, la fente sera donc comprise dans un plan commun à l'axe du bouchon et à l'axe longitudinal du passage de transfert. Là où il y a deux passages detransfert, une fente semblable peut déboucher dans chacun d'eux.
Avec une telle disposition dans laquelle, en raison de l'inclinaison du passage de transfert ou de chaque passage de transfert dont les côtés se terminent à. l'embouchure du passage par un angle aigu ou une arête vive comme décrit ci-dessus, l'ex- trémité intérieure de la fente débouche de préférence dans une de ces arêtes, tendant ainsi à soulager dans une forte proportion les sollicitations thermiques qui sont la cause de la formation de crevasses à hauteur de ces arêtes.
Lorsque l'invention s'applique à un moteur du genre à pocle de combustion de section ovale aplatie comme décrit ci-dessus, la fente peut s'étendre approximativement radialement à partir de la circonférence du bouchon chaud vers un point rapproché de son centre ou, dans le cas d'un bouchon chaud à deux passages de
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transfert, la fente peut être voisine de la séparation métallique entre les passages de transfert. Dans un moteur à combustion interne suivant l'invention, au début de la marche à pleine charge ou à charge élevée, la fente a tendance à se rétrécir à cause de la dila- tation thermique circonférentielle du bord du bouchon chaud dans le suralésage du logement prévu dans la culasse.
Il peut être sollicité de façon permanente dans ces conditions à cause des sollicitations engendrées par la dilatation thermique dépassant la limite d'élas- ticité réduite des zones de températures élevées de la matière du bouchon chaud. En se refroidissant et en se contractant, le rebord du bouchon peut prendre du jeu dans son logement et la fente peut devenir de façon permanente sensiblement plus étroite à froid, spécialement à son extrémité extérieure où elle s'ouvre dans la partie circonférentielle du bouchon, mais également, et ce à un degré moindre, à son extrémité intérieure où, comme décrit, elle s'ouvre souvent dans le passage de transfert.
Ultérieurement, la fente s'ouvrira et se fermera suivant les changements de condition de marche du moteur tandis que l'agencement du rebord circonféren- tiel ou d'autres parties du bouchon servant à le maintenir en place par rapport aux parois refroidies qui l'entourent variera, relâchant ainsi considérablement les sollicitations thermiques qui seraient engendrées autrement.
Deux exemples d'exécution de .l'invention sont représen- tés sur les dessins annexés, dans lesquels:
Figure 1 est une coupe de la partie supérieure du bloc des cylindres et de la culasse d'une forme d'exécution du moteur suivant l'invention, la coupe passant par un plan contenant l'axe de la poche de combustion, l'axe longitudinal du passage de trans- fert et l'axe du cylindre;
Figure 2 est une coupe à plus grande échelle d'une forme d'exécution d'un bouchon chaud utilisé dans ces moteurs, montrant l'emplacement où les crevasses ont tendance à se produire;
Figure 3 eet une vue du dessous en plan de la forme d'exé- cution du bouchon représentée sur la figure 2;
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Figure 4 est une vve du dessous en plan à plus grande échelle du bouchon chaud suivant l'invention monte dans le moteur représenté sur la figure 1, avant que celui-ci n'air servi ;
Figure 5 est une vue semblable à la figure 4, montrant la formé que ce bouchon chaud prend à froid après une marche soutenue du moteur;
Figure 6 est une vue semblable à la figure 1 d'une autre forme de réalisation de l'invention, suivant le plan brisé représenté par la ligne 6-6 sur la figure 9.
Figures 7 et 8 sont des vues, semblables aux figures 2 et 3, d'une forme de bouchon chaud employée jusqu'à présent dans ces moteurs et
Figures 9 et 10 sont des vues, semblables aux figures 4 et 5, du bouchon chaud monté dans le moteur suivant l'invention, représenté sur la figure 6,
Sur la figure 1, le moteur comprend un bloc de cylindres 1 comportant un certain nombre de chemises de cylindres dont l'une est indiquée en 2, et une culasse 3 pourvue de lumières d'admission et d'échappement normaux commandées par des soupapes à levée de façon connue, les lumières et les soupapes n'apparaissant pas dans la coupe représentée sur le dessin, mais étant de forme connue et ne faisant par conséquent pas partie de la présente invention.
Une poche de combustion 4 est formée de façon connue dans la culasse, avec une embouchure, cylindrique dans son ensemble, donnant en partie sur l'alésage du cylindre 2 de manière à communi- quer avec celui-ci. La poche 4 a une extrémité supérieure 5 approximativement sphérique dans laquelle débouche un alésage 6 où est logé un ajutage d'injecteur de combustible 7.
Un bouchon chaud 8 conforme à l'invention est logé de façon connue dans l'embouchure cylindrique de la poche 4; la surface extérieure de ce bouchon chaud, cylindrique dans l'ensemble, est quelque peu écartée de la paroi de cette embouchure à l'exception
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d'un rebord 9 à sa partie inférieure qui est logée dans une cavité annulaire ou élargissement de l'extrémité inférieure de l'embou- chure et vient en contact avec la paroi annulaire comme c'est normalement le cas dans les moteurs de ce genre.
Le bouchon chaud a une surface intérieure 10 approximati- vement hémisphérique formant avec l'extrémité 5 de la poche une poche de combustion en substance sphérique qui communique avec l'alésage du cylindre par un passage de transfert Il formé dans le bouchon chaud et disposé de manière que la charge d'air refoulée par ce passage à chaque temps de compression du moteur tourbillonne dans la poche de combustion autour d'un axe approximativement horizontal perpendiculaire au plan contenant l'axe de la poche (c'est-à-dire l'axe vertical autour duquel est engendrée sa surface de révolution) et l'axe du passage de transfert (c'est-à-dire la ligne imaginaire passant par le centre du courant de gaz s'écoulant par le passage de transfert).
Les parties du moteur décrites jusqu'à présent sont con- nues. Si le moteur était réalisé comme décrit ci-dessus, le bouchon 8 serait du genre représenté à titre d'exemple sur les figures 2 et 3, mais l'expérience à montré que lorsque les moteurs équipés de ces bouchons chauds ont fonctionné un certain temps, des crevasses comme indiqué en 12 et 13 ont tendance à se former dans les bouchons.
Dans l'exemple d'exécution représenté de la présente invention, le bouchon chaud est confomé comme le montrent les figures 1 et 4, c'est-à-dire qu'il comporte une fente 14 s'étendant dans le bouchon à partir du côté du passage de transfert 11 éloigné de l'alésage du cylindre vers et à travers la périphérie du bouchon de manière que son extrémité intérieure coupe l'arête formée par le bord 15 tandis que son extrémité inférieure se trouve presque entièrement sur une partie du joint de culasse normal interposé entre la culasse et le bloc des cylindres.
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La largeur initiale de la fente 14 du bouchon chaud peut être par exemple de 0,04 pouce (1 nuit} si l'on suppose un bouchon' d'un diamètre extérieur d'environ 1,25 à 1,5 pouce (31 à 37 mm).
Comme décrit plus haut, le bouchon peut avoir initialement des dimensions telles que le rebord circonférentiel extérieur 9 doive être enfoncé de force dans le logement qui le reçoit, comme cela se pratique actuellement, de manière .qu'en fait le rebord 9 soit légèrement comprimé à la manière d'un ressort dans son loge- ment.
Après une marche sous forte charge, on a constate que la fente 14 devient appréciablement plus étroite de façon permanente et prend la forme représentée sur la figure5.
Dans le second exemple d'exécution de l'invention, représenté sur les figures 6, 9 et 10,le moteur comprend un bloc de cylindres 16 et une culasse 17, le bloc de cylindras comportant des chemises de cylindres dont l'une est représentée en 18, et la culasse comporte des lumières d'admission et d'échappement et des passages, semblables dans l'ensemble à ceux du moteur représenté sur la figure 1. Dans le moteur représenté sur les figures 6, 9 et 10, la culasse comporte une poche 20 de conformation différente de celle du moteur représenté sur la figure 1.
La poche 20 comporte une embouchure 21, cylindrique dans son ensemble, et une partie d'extrémité supérieure 22a ayant une section circulaire par rapport à l'axe de l'embouchure cylindrique de la poche (appelé ci-après l'axe de la poche) et la section représentée dans des plans conte- nant cet axe. L'embouchure de la poche s'ouvre en partie sur l'alé- sage du cylindre et contient un bouchon chaud 22 qui, comme pour le bouchon chaud de la figure 1, est quelque peu écarté de la surface de l'embouchure de la poche à l'exception du rebord circonférentiel 23 de l'extrémité inférieure du bouchon qui est en contact avec une cavité circohférentielle ou élargissement de 1'extrémité inférieure de l'embouchure de la poche.
La conformation normale des bouchons chauds utilisés
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jusqu'à présent dans les moteurs du genre représenté sur la figure 6 est montrée sur les figures 7 et 8, avec deux passages de transfert 24 et 25 les traversant; on a découvert qu'en pratique, avec de tels bouchons chauds, des crevasses ont tendance à se produire entre les deux passages, comme indiqué en 26.
Suivant l'invention, on utilise des bouchons modifiés comme représenté sur les figures 6, 9 et 10,qui ont une forme semblable dans l'ensemble à celle du bouchon représenté sur les figu- res 7 et 8, mais sont pourvus d'une fente radiale 27 partant d'un forage de petit diamètre 28 au centre du bouchon, vers un point de la circonférence éloigné de l'alésage du cylindre, comme représenté sur la figure 6.
Dans cette forme de réalisation, le rebord 23 peut également être enfoncé de force dans la cavité annulaire dans laquelle il se loge lorsque le bouchon est initialement monté dans la culasse et on a découvert qu'après fonctionnement en charge du moteur,la fente peut s'être appréciablement réduite de façon permanente en largeur, comme représenté sur la figure 10.
La largeur initiale de la fente 27 peut être d'environ 0,04 pouce (1 mm) pour un bouchon d'un diamètre extérieur d'environ 1,25 à 1,5 pouce (31 à 37 mm).
Un injecteur de combustible 29 est monté de façon normale dans les moteurs suivant l'invention, comme représenté sur la figure 6.
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