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La présente invention est relative à un moteur à combustion inter- ne à auto-allumage et à compression d'air, moteur comportant une anticham- bre dont la partie tournée vers la cylindrée est pourvue d'une pièce inter- calaire comprenant une ouverture centrale et une section de passage exté- rieure divisée par des cloisons, la disposition étant telle que le jet de carburant injecté effleure à peu près la paroi de l'ouverture centrale.
L'invention vise à faire en sorte que les températures des élé- ments qui entrent en contact avec le jet de carburant injecté et avec l'air qui pénètre dans l'antichambre pendant la course de compression soient réglées de manière à déterminer, à l'intérieur de l'ouverture centrale un allumage du carburant injecté, cela avec un retard à l'inflammation très réduit, allu- mage suivi d'une combustion lentee, avec élévation de la pression, jusque 60-65kg/cm2 et une vitesse d'élévation de la pression d'environ 2 kg/om2 par degré d'angle de manivelle, cela quel que soit l'indice de cétane (inflam- mabilité) du carburant injecté et sans que les caractéristiques de démarrage à froid soient moins-bonnes que celles obtenues avec une antichambre norma- le.
Les valeurs indiquées plus haut caractérisent des conditions que.l'on s'est toujours efforcé de réaliser lors de l'établissement des chambres de combustion des moteurs Diesel mais qui n'a jamais été complètement atteinteo La valeur maximum de la compression d'auto-allumage, soit 60-65 kg/om2 repré- sente, - dans le cas d'un rapport de compression d'environ 1 : 20, requis pour les petits moteurs Diesel à haut régime, auxquels l'invention est applica- ble en premier lieu - le minimum réalisable de la sollicitation du mécanis- me.moteur à la pression.
La faible vitesse d'élévation de la pression, soit 2kg/om2 par degré d'angle de manivelle, fait baisser le niveau du bruit par contact di- rect, dû à la combustion, au-dessous du niveau sonore des autres sources de bruit, telles que les soupapes, les pistons, les pignons, etc... L'indifférence recherchée vis-à-vis de l'indice de cétane du carburant est néces- saire afin de permettre l'utilisation sans difficulté de tous les hydrocar- bures liquides, y compris l'essence à haut indice d'octanee, dont l'indice de cétane est très bas. Cette indifférence vis-à-vis de la nature du carbu- rant permet d'étendre notablement le domaine d'application des moteurs Diesel.
On connaît déjà des moteurs Diesel qui satisfont approximativement aux conditions indiquées plus haut. La méthode de combustion appliquée dans les moteurs connus consiste à produire une couche pelliculaire de carburant sur les parois d'une chambre de combustion située dans le piston, maintenues à une température de 350 C environo l'inconvénient de ce procédé réside dans le fait qu'un départ à froid n'est possible qu'à l'aide d'un système de'chauffage d'air, qui élève la température de l'air comburant de 60 C environ, de sorte que les parois de la chambre de combustion sont portées à la température voulue. Un tel système de chauffage consttue une charge'trop élevée pour les petits moteurs - auxquels la présente invention est particu- lièrement applicable - tant du point de vue de l'encombrement que de celui du prix de revient.
La caractéristique défavorable de départ à froid, que présente un film de carburant, lequel doit être évaporé par la chaleur des parois de la. chambre de combustion, exige en outre la présence d'un injecteur à orifices multiples qui fournit, en plus du jet pelliculaire, un jet d'al- lumage et,de plus, comporte un réglage de la '- charge du démarrage grâce . auquel la pompe d'injection fournit 180 pour-cent de la quantité correspondant à la pleine charge.
Ces modifications impliquent, d'une part, l'abandon des systèmes d'injection déjà standardisés de nos jours, ce qui représente un gros inconvénient pour le service des pièces de rechange, et, d'autre part, une vulnérabilité accrue de l'injecteur, comparativement aux robustes injec- teurs à aiguille employés normalement dans les petits moteurs Dieselo
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Pour résoudre le problème.exposé plus haut, la présente invention a adopté des méthodes entièrement différentes, qui n'ont rien de commun avèc les solutions déjà connues et qui non seulement évitent les inconvénients de ces dernières, mais encore, ont pour effet une amélicoratio surprenante des caractéristiques du départ à froid. -les caractéristiques de départ ;
à froid de la chambre de combustion selon l'invention sont supérieures à celles obtenues par la méthode normale à antichambre et se rapprochent des valeurs atteintes avec l'injection directe et chambre de combustion unique.
Le moteur à combustion interne selon l'invention peut être lancé à l'aide {d'un démarreur normale sans aucun dispositif auxiliaire de démarrage, cela ,à des températures allant jusque -10 C. Au-dessous de cette température, :on doit prévoir un bref chauffage préalable à l'aide d'une bougie de réchauf- fage électrique ou d'un papier nitré, comme cela se pratiquait déjà jusqu'à présent dans le cas de chambres de combustion divisées.
Dans un moteur à combustion interne du type mentionné dans le premier paragraphe de la présente description, ce résultat a été atteint par le fait que, dans le cas de moteurs refroidis par eau, la majeure partie de l'antichambre est isolée thermiquement vis-à-vis de la culasse à l'aide d'un espace d'air;
, comme il est connu en soi, tandis que, dans les moteurs refroidis par air, l'antichambre est disposée, comme il est connu en soi, dans le courant d'air de refroidissement, en évitant autant que possible des surfaces de contact et d'évacuation de chaleur entre cette anti-chambre et la culasse, et en ce que les dimensions des surfaces de contact entre la pièce intercalaire et la culasse et les dimensions de la section transversa- le des cloisons, qui supportent la paroi de l'ouverture centrale, sont choi- 'sies de telle façon que la température de la paroi, effleurée parl jet de carburant, de l'ouverture centrale, se situe, pendant la marche du moteur) entre 450 et 650 C.
A propos de la présente invention ,il a été constaté qu'il était nécessaire de remplir cinq conditions pour atteindre les caractéristiques favorables, visées par cette invention, en ce qui concerne le retard à 1' inflammation et la combustion, ainsi qu'une indifférence totale quant à la nature du carburant employé. Ces conditions sont les suivantes :
1 - Le jet de carburant ne doit pas être lancé sur une paroi portée à haute température, mais doit tout juste effleurer une telle paroi par sa périphérie extérieureo Ce jet doit présenter une forme très compacte (an- gle de jet de 0 à 4 ).
2 - Seul un faible courant d'air doit se manifester au voisinage de la paroi chaude et du jet de carburant pendant la course de compression. de façon que la forme prescrite du jet de combustible ne soit pas modifiée.
L'étranglement total par la pièce intercalaire doit être peu important.
3 - La température de la paroi chaude, en contact avec le jet de carburant, doit se situer , pendant la marche, entre 450 et 650 Co
4 - La pointe du jet de carburant doit atteindre, à l'instant de l'allumage, au moins le bord côté piston de l'ouverture centraleo
5 - La température de la paroi des sections de passage extérieures et de la partie de l'antichambre voisine de la pièce intercalaire doit se situer au-dessous de 300 Co
Les deux conditions citées en premier lieu sont remplies grâce à une exécution connue en soi d'un moteur Diesel à anti-chambre. Or, c'est l'adjonction des trois dernières conditions qui permet seulement de réaliser les caractéristiques avantageuses précitées.
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Conformément à une autre caractéristique de l'invention, il est fait en sorte que les sections de¯passage extérieures de la pièce intercalai- re, à travers lesquelles passe la partie principale de l'air comburant, ne soient pas portées à une température supérieure à 300 Co Ce facteur est très important, car conformément aux constatations faites à propos de la présen- te invention, le jet de carburant injecté ne doit pas être sujet, en dehors de la pièce intercalaire, à une irradiation thermique suffisamment élevée pour amener une inflammation incontrolée de ce jet avant qu'il n'atteigne cette pièce intercalaire.
Au contraire, il convient de veiller à ce que le jet de carburant s'allume à l'intérieur de l'ouverture centrale de la pièce intercalaire et se consume complètement dans cette ouverture au cours de son trajet vers la chambre de combustion principale.
Les dessina annexés représentent une application de l'invention à des moteurs Diesel refroidis par air et une application de celle-ci à des moteurs Diesel refroidis par eauo Dans ces dessins : la figure 1 représente l'exécution avec refroidissement par air : la figure 2 représente l'exécution avec refroidissement par eau; la figure 3 représente une coupe de la pièce intercalaire sui- vant la ligne A-B de la fige 1; la figure 4 est une vue en coupe par les cloisons ou nervures sui- vant la ligne C-D de la fige 3.
Dans la figure l,la pièce intercalaire selon l'invention est dé- signée par 1. Cette pièce comporte un orifice central 2 délimité par la paroi 3. Cette dernière paroi est reliée à la paroi extérieure 5 par qua- tre nervures ou ailettes 4. L'élément intercalaire 1 est inséré dans la culasse 7 ou 9 en laissant un espace d'air 6 entre lui et la paroi de cette dernière. La bride 8 de cet élément prend appui sur une surface complémentai- re appropriée de la culasse 7 ou 9. La partie ci-dessus de la présente des- cription se rapporte également au mode de réalisation représenté dans la fig. 2.
Dans la culasse 7, à refroidissement par air, établie en métal lé- ger, est sertie à chaud une bague 10 en métal lourd, qui protège la surface d'obturation étanche contre les détériorations. Au-delà, délia, bride 8 est située l'antichambre 12 refroidie par air et munie d'ailettes 11, cette antichambre étant pressée contre ladite bride à l'aide de goujons non repré- sentés qui s'engagent dans la partie supérieure de l'antichambre . (Des garni- tures d'étanchéité 13 sont prévues de part et d'autre de la bride 80 L'in- jecteur 14 est vissé à la partie supérieure de l'antichambre 12. Cet injec- teur est de préférence établi sous la forme d'un injecteur à pointeau, avec un angle de jet de zéro degré.
Latéralement par rapport à 1 injecteur est prévu l'inflammateur 15 qui, lors du démarrage aux températures inférieures à moins 10 Ce est chauffé par une batterie électrique non représentée. L'an- tichambre 12 se situe dans le courant d'air de refroidissement, lequel suit approximativement la direction de la flèche K.
Contrairement au mode d'exécution de la fige 1, l'antichambre 16 de la réalisation selon la fige 2, antichambre constituée par une partie inférieure 17 et une partie supérieure 18,est située à l'intérieur de la culasse 9 refroidie par eau, dont elle est isolée par un espace d'air infé- rieur de grande section 19 et un espace d'air supérieur de faible section 20. Cette antichambre est pressée contre la bride 8 au moyen de boulons non représentés et avec interposition de la garniture 13. La partie supérieure 18 de l'antichambre est assemblée à joint étanche avec la culasse, avec
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interposition d'une garniture 21.Cette 'culasse présente un évidement 22 à travers lequel la bougie à incandenscence pénètre dans la chambre de combus- tion.
Le piston 23 comporte une cavité 24 qui,, lorsqu'on considère le fond du piston, affecte une forme circulaire, elliptique ou triangulaire et qui présente la plus grande profondeur en regard du débouché de la pièce inter- calaire 1, profondeur qui va en diminuant à mesure que l'on s'éloigne de cette pièce.
L'antichambre et les trajets passant par la pièce intercalai- re renferment entre 30 et 70% de l'air comburant lorsque le piston 23 est au point mort haut. Cette proportion du volume. y mesurée en cm3 et divisée par la plus petite section de passasge globale de la pièce interca- laire , mesurée en cm2, fournit une valeur qui se situe entre 20 et 100 cm. La plus petite section de l'orifice central 2 est à la somme des plus petites sections des fentes 25, délimitées par les parois 3 et 5 et par les cloisons 4, comme 1 :1 à 1:10. La longueur de la chambre de combus- tion, mesurée de l'embouchure de l'injecteur jusqu'au bord 26, côté injec- teur, de l'orifice centrale est au diamètre maximum de cette chambre comme 1,3- 1 à 1 : 1.
Ce rapport a pour effet qu'à l'instant de l'allumage la pointe du jet de carburant se situe entre, d'une part, le bord 27, tourné vers la cavité du cylindre, de l'orffice central 2, et, d'autre part, cette même cavité, à savoir, en un point déterminé par la vitesse de rotation instantanée. Ces données se rapportent à une cylindrée de 0,7 à 1,5 litre par cylindrée Pour des cylindres ayant d'autres dimensions, on peut adopter avantageusement un autre rapport entre la longueur et le diamètre de la cham- bre de combustion. Le rapport entre la section totale des nervures 4 et la surface intérieure du canal intérieur 2 se situe entre 1:0,5 et 1:2. L'espa- ce d'air qui sépare la paroi extérieure 5 d'avec l'alésage correspondant de la culasse 7 ou 9 a une largeur de 0,1 à 0,2 mm.
Les dimensions ci-dessus ne doivent être considérées que comme valeurs de gouverne. Elles doivent être modifiées dans les cas individuels jusqu'à ce que l'on obtienne les tempé- ratures voulues. Les températures indiquées doivent être mesurées à l'aide de thermocouples dont la pointe est située au milieu des nervures 4 ou au milieu de la paroi extérieure 5. L'espace d'air 19 présente une largeur com- prise entre 1 et 2 mm; l'espace d'air 20, par contre, ne possède qu'une lar- geur de 0;1 à 0,2 mm. Ce qui a été dit à propos de l'espace d'air 6 vaut également ici. Les dimensions des espaces d'air doivent être choisies de fa- çon que la température de l'antichambre accuse,entre la pièce intercalaire 1 et l'injecteur 14, une chute à peu près linéaire depuis 300 G jusque 80 C.
Au voisinage de l'espace d'air 6, une partie aussi réduite que possible de la paroi 5 est constituée sous la forme d'un raccord de guidage, de telle façon qu'elle .s'appuie contre la culasse en 7 ou en 9, Ce raccord de guidage peut être prolongé plus ou moins, suivant que la température requise s'éta- blit ou non. Toutes les températures se rapportent au régime permanent, avec pleine charge et vitesse de régime.
Le fonctionnement de la chambre de combustion selon l'invention peut s'expliquer comme suit :à la fin de--la course de compression, le car- burant est projeté par l'injecteur 14 (début d'injection 20 à 25 environ avant le point mort haut, à 2000 tours/minute.) en un jet étroit (angle de jet de 0 à 40), entouré d'un fin jet de dispersion, vers l'ouverture cen- trale 2, de telle sorte que la périphérie extérieure du noyau 28 de ce jet effleure tout juste la paroi 3 de cette ouverture. L'air comburant afflue principalement à travers les fentes 25, de sorte qu'il n'existe qu'un faible flux d'air dans l'orifices central 2.
Le carburait injectée qui possède dé- jà une certaine inflammabilité grâce à la chaleur qui régne dans l'anticham- bre 12 ou 17 18, s'enflamme dans la zone à hauta température de l'ouverture
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médiane avec un retard d'inflammation très réduit, et se consume @lentement à cet endroit, avec ceci que le carburant non encore brûlé parvient dans la cavité 24 du piston et se consume définitivement par mélange avec l'air qui s'y trouve.
Après que le point mort haut a été dépassé, l'air comburant, qui arrive de l'antichambre 12 ou 16 par les fentes 25, se mélange au carbu- rant nouvellement injecté, qui s'enflamme à l'intérieur de l'ouverture cen- trale 2, cependant que la position oblique des nervures 4 favorise un brassa- ge intime. Au cours de ce processus, il ne se manifeste pratiquement aucune différence entre l'antichambre 12 ou 16, d'une part, et la cavité 24 du piston, d'autre part.
Par conséquent, on atteint une faible consommation de carburant, rapportée à la puissance effective, à savoir , 175 à 178 grammes/cheval-vapeur/heure, dans la gamme des vitesses de rotation de 1000 à 2000 tours/minute;, pour une puissance par cylindre de 12 CV et un rendement mécanique de 0,72, ce résultat étant pratiquement indépendant de la nature du carburant employé.
Grâce au fait que le carburant parvient directement dans la cavité 24 du piston, laquelle agit comme chambre de combustion principale, on obtient en outre les valeurs favorables de départ à froid, mentionnées plus haut.. La température de la paroi 3 ne varie que légèrement en fonction de la charge, étant donné qu'une élévation de la température, due à un apport de chaleur plus grand, qui accompagne un accrois- sement de la charge, est neutralisée par l'effet de refroidissement plus pro- noncé, déterminé par la cession de chaleur pour l'évaporation de la charge de carburant accrue en conséquence.
Le retard à l'inflammation est si réduit que le carburant se consume aussitôt qu'il pénètre dans l'ouverture centrale., de sorte que l'allure de la combustion peut être réglée dans une certaine mesure en vertu de la loi de l'injection. Etant donné le faible retard à l'inflammation, il est inutile de décaler le moment d'injection en fonction de la vitesse de rotation. Dans le cas des carburants à très faible indice de cétane, par exemple une essence à haut indice d'octane, le retard à l'in- flammation est à peu près le double de celui du gazoil, mais encore toujours si réduit que l'allure favorable de la combustion subsiste même avec cette essence.
L'invention n'est pas limitée à la réalisation neprésentée. Par exemple, il est concevable d'utiliser une pièce intercalaire présentant une autre forme, pour autant que les conditions de 1 à 5, énumérées plus haut, soient satisfaites.
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