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"Système d'alimentation d'un moteur à gaz ave formation interne du mélange comportant des chambres de combustion principales et compl mentaires.".-
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La présente invention concerne les moteurs à combustion interne, et plus précisément les systèmes d'ali- mentation des moteurs à gaz à formation interne du mélange comportant des chambres de combustion principales et complé mentaires.
L'invention apporte le maximum d'avantages dans 1 moteurs à gaz à taux de compression élevé.
Les systèmes d'alimentation connus à l'usage des moteurs à gaz dont il est question ci-dessus prévoient l'amenée parallèle du gaz aux chambres de combus tion prin- cipales qui constituent individuellement le prolongement du cylindre moteur, et aux chambres complémentaires qui com- muniquent avec les chambres principales.
A l'entrée des chambres principales il est inter- posé des soupapes sur ressorts, commandées par les disques de l'arbre à cames.
Pendant les régimes de service du moteur, le gaz @ - @ est admis dans le moteur par l'intermédiaire d'un clapet de décharge tandis qu'au cours du démarrage et de la marche à vide, les gaz sont débités par un by-pass à section de pas- sage relativement faible, branché en dérivation de l'organe de fermeture. La quantité de gaz débitée aux chambres prin- cipales est réglée à l'aide d'un papillon commandé par le régulateur de vitesse.
Les gaz sont débités aux chambres complémentaires par l'intermédiaire des clapets de retenue, sous une pres- sion de plusieurs fois inférieure à celle des chambres prin cipales.
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Dans les chambres complémentaires sont montées des bougies d'allumage assurant l'inflammation du mélange --%4-1--gaz dans cette chambre (chambre de précombustion) ain- si que la formation de la torche de gaz en combustion qui est injectée dans la chambre principale et allume le mé- lange gaz-air qui s'y trouve.
Cependant, la torche qui est formée par ce sys- tème n'assure pas une combustion stable du:mélange combu- rant dans les chambres principales à tous les régimes*
C'est pourquoi, dans les chambres principales sont également montées des bougies d'allumage (voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 2723653, de 1955).
L'invention a pour but de mettre au point un système d'alimentation relativement simple assurant une amélioration notable de toute une série de performances de service primordiales des moteurs à gaz, à savoir: l'amélioration de la régularité du débit des gaz princi- paux aux cylindres, grâce à quoi on réduit le débit de combustible tout en améliorant la longévité des pièces du moteur; l'amélioration des transformations, quelle que soit la rapidité à laquelle se modifie le régime de foric- tionnement du moteur ;
stabilisation du travail à tous . les 'régimes des moteurs quel que soit le type de surali- mentation, et sans l'application de dispositifs complé- mentaires quelconques, par exemple de dispositifs pour la régulation de la quantité d'air débité au moteur, de sa température, de moyens supplémentaires d'allumage etc; un démarrage et une mise en marche à vide fiables et ra- pides s'opérant en toute sécurité.
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La conception dea éléments du système assure alors la marche fiable et l'exploitation facile de celui- ci. Il n'est pas nécessaire de procéder à un ajustage mé- ticuleux, certains écarts par rapport au réglage initial n'influencent pas la marche du moteur. Grâce à ce fait, le système peut fonctionner pendant un temps prolongé sans aucun antretien et sans surveillance.
Conformément à l'invention, le clapet interpo- sé sur la conduite d'amenée du gaz dans les chambres com- plémentaires est commandé par un signal proportionnel à la somme algébrique, des pressions de l'air de surali- mentation dans les étages de compression ; papillon est monté en amont de chaque soupape-buse d'admission des gaz dans les chambres de combustion principales.
Le volume de la canalisation qui met alors en communication cette sou- pape-buse avec le papillon est choisi de telle façon que la quantité de gaz contenue dans la canalisation et dont la pression est égale à celle à laquelle les gaz du collec- teur sont introduits dans les chambres de combustion princi- pales, ne dépasse pas la quantité de gaz introduite dans la chambre de combustion principale au cours d'un cycle pendant la marche à vide avec vitesse de rotation minima- le.
De cette façon, les gaz sont amenés dans les chambres de combustion complémentaires en tenant compte des variations de pression dans les étages de suralimen- tation; ils sont régulièrement répartis suivant les cham- bres de combustion principales; et au cours de l'exploi- tation, le fonctionnement du moteur n'est pas influence par lès gaz se trouvant dans la canalisation mettant en
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communication la soupape d'admission des gaz dans la cham- bre de combustion principale et le papillon.
Pour assurer au moteur un démarrage fiable @ s'opérant en toute sécurité, le by-pass mentionné plus haut est de préférence à commande pneumatique, et la chambre de son mécanisme exécutif communique avec le ré- servoir à air du moteur. La pression de l'air dans le réservoir détermine alors le degré d'ouverture du by-pass.
Le clapet détendeur en question, qui est fermé au cours . du démarrage, est de préférence réalisé avec commande pneumatique, et l'enceinte de son mécanisme exécutif met et communication, par un orifice relativement restreint, le gicleur avec une zone où règne une pression relativement faible qui ne dépasse pas celle qui règne dans le collec- teur d'amenée des gaz dans les chambres de combustion principales pour l'ouverture progressive du clapet détendeur après le démarrage du moteur et sa mise en marche à vide.
Les zones à faible pression sont, soit l'atmosphère, soit le-collecteur d'amenée des gaz aux chambres de combustion principales. Il est alors préférable d'asservir le clapet détendeur à l'organe de fermeture monté sur la conduite d'amenée des gaz au moteur. L'asservissement doit prévoir l'ouverture de l'organe de fermeture lorsque le clapet dé- tendeur est fermé pendant la période du démarrage du moteur.
Cette communication entre la chambre du méca- nisme exécutif de l'organe de fermeture et la zone de pres- sion relativement basse permet, lorsque l'arrivée du fluide- moteur dans la chambre en question est coupée, d'ouvrir progressivement le clapet détendeur. Le fonctionnement du moteur passe alors progressivement, sans sauts de vitesse,' du système de démarrage avec alimentation en gaz au système
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principal, et la vitesse de rotation en marche à vide reste invariable.
L'invention sera illustrée ci-après par une description détaillée de deux versions d'exécution pré- férées, avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est le schéma de principe du sys- tème d'alimentation d'un moteur à gaz suivant une première version; - la figure 2 est le schéma de principe d'une deuxième version du système d'alimentation selon l'inven- tion.
Le système d'alimentation du moteur à gaz 1 (fi- gure 1) comporte un collecteur 2 pour l'amenée des gaz aux chambres de combustion principales 3, et un collecteur 4 pour l'amenée des gaz aux chambres de combustion complé- mentaires 5 dotées de bougies d'allumage 6 faisant partie du système d'allumage (non représenté sur le dessin). Les chambres de combustion complémentaires communiquent avec les chambres de combustion principales 3 par.Itintermédiai- re des canalisations 7.
Dans chaque chambre de combustion principale 3 est monté un brûleur 8 en amont duquel se trouve la sou- pape à ressorts 9 commandée par le disque de l'arbre à ca- mes 10 en utilisant les poussoirs 11 et le basculeur 12.
En amont de chaque soupape 9 est monté un papillon 13 com- mandé à ]!aide de la crémaillère 14 entrainée par le régu- lateur de vitesse 15 du moteur 1. Les gaz sont acheminés vers le collecteur 2 par l'intermédiaire du clapet déten- deur 16 ou du by-pass 17 monté en dérivation sur le cla- pet détendeur 16. Les deux clapets 16 et 17 sont exécutés avec mécanismes exécutifs pneumatiques 18 et 19.
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En amont de chaque chambre complémentaire 5 est placé un clapet de retenue 20 auquel sont amenés les gaz du collecteur 4. Les gaz sont introduits dans le collecteur 4 par la soupape 21 avec.mécanisme exé- cutif pneumatique 22.
Les gaz sont amenés aux collecteurs 2 et 4 par les tuyauteries 23 en passant par l'organe de fer- meture 24 qui est asservi au clapet détendeur 16. Ce verrouillage prévoit l'ouverture de l'organe de ferme- ture 24 lorsque le clapet détendeur 16 est fermé pen- dant la période de lancement du moteur;
cet effet est obtenu à l'aide d'un système électrique comportant un interrupteur de fin de course 25 et coagissant avec la saillie 26 de la crémaillère 14. Lorsque la crémaillè- re 14 est établie en position de démarrage (les papil- lons 13 sont entièrement ouverts), la saillie 26 agit sur l'interrupteur de fin de course 25 qui enclenche le circuit d'alimentation et les soupapes électromagné- tiques 27 et 28 qui commandent l'amenée de l'air à la servo-commande pneumatique de l'organe de fermeture 24.
Le clapet 16 se ferme alors, et l'organe de fermeture 24 s'ouvre.'
Les gaz débouchent dans le collecteur 2 en pas- 'sant par le by-pass 17, et dans le collecteur 4 en pas- sant par la soupape 22. Le clapet 19 s'ouvre sous la pres- sion de l'air, amené dans la chambre de son vérin pneuma- tique exécutif en provenance du réservoir d'air tnon re- présenté sur le dessin) par la conduite 29. La quantité de gaz débouchant dans les chambres de combustion princi- pales 3 est déterminée au cours du démarrage par la pres- sion de l'air dans le réservoir.
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Les gaz sont simultanément amenés dans les chambres complémentaires 5 où le mélange air-gaz est enflammé par les bougies 6. La torche ainsi formée pas- se par la canalisation 7 pour déboucher dans la cham- bre de combustion principale 3, ce qui engendre les con- ditions nécessaires à la stabilisation de la combustion dans la chambre principale d'un mélange gazeux d'une com- position quelconque.
La quantité de gaz amenée dans la chambre 5 dépend de la somme algébrique des pressions de l'air de balayage pendant les temps de compression, car le signal proportionnel à la somme en question est re- transmis à la chambre 22 du mécanisme exécutif du cla- pet 21 par la tuyauterie 30 (sur le dessin des étages de compression et les capteurs mesurant la pression à ces étages et convertissant les valeurs mesurées en si- gnaux, ne sont pas représentés, de même que le sommateur dans lequel s'opère l'addition des signaux en question).
Après le démarrage du moteur, la crémaillère 14 se déplace sous l'action du régulateur 15 et actionne le microcommutateur 25. Le clapet 16 commence à s'ouvrir tandis que le clapet 17 et l'organe de fermeture 24 res- tent en position ouverte.
A proximité de l'organe de fermeture 24 est mon- té un microcommutateur (non représenté sur le dessin) qui agit sur les soupapes électromagnétiques 27 et 28 en main- tenant l'organe en question en position ouverte.
Simultanément s'opère la coupure de l'amenée de l'air du système de démarrage dans la chambre 18 du cla- pet détendeur 16 par la conduite 31. Etant donné que l'en- ceinte de la chambre 18 est mise à l'atmosphère par l'in- termédiaire d'un orifice restreint - le gicleur 32 - le
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clapet 16 commence lentement à s'ouvrir; au fur et à mesure de l'échappement de l'air de cette chambre, les gaz commencent à être amenés dans les chambres de com- bustion principales 3 par le clapet 16. La moteur fonctionne alors à la vitesse de marche à vide.
La quantité de gaz introduite dans les cham- bres de combustion principales 3 est réglée par les pa- pillons 13 que commande la crémaillère 14.
Le volume de chaque canalisation 33, mettant en communication le papillon 13 et la soupape 9, est choi- si de telle façon que la quantite gaz contenue dans la canalisation, sous une pression égale à la pression dans le collecteur 2, ne dépasse pas la quantité de gaz ame- née dans la chambre de combustion principale 3 au cours d'un cycle à la vitesse minimale de marche à vide.
La soupape 9 est ainsi ouverte pendant une par- tie relativement courte du cycle de fonctionnement du mo- teur. Pendant la période d'ouverture complète de la sou- pape 9, les gaz sont amenés à l'injecteur 8 sous une pres- sion constante (cette pressior. est inférieure à celle qui règne dans le collecteur 2) déterminée par la position du papillon 13.
Quand la soupape 9 est fermée, entre la sou- pape 9 et l'injecteur 8 il s'établit une pression identi- que à celle qui règne dans le collecteur 2 (considérable- ment supérieure à la pression dans la canalisation 33 lors- que la soupape 9 est ouverte); c'est pourquoi, immédiate- ment après le début de l'ouverture de la soupape 9, lea gaz passent par celle-ci avec une pression relativement élevés, ce qui, pour un grand volume de la canalisation 33, peut provoquer l'instabilité de la marche du moteur, sur- tort pendant la marche à vide.
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C'est pourquoi le volume de la canalisation 33 est choisi d'après les conditions qui ont été indiquées plus haut.
En même temps, la section de passage de la sou- pape 9 est considérablement supérieure à la valeur nêces- saire {diaprés les conditions d'admission des gaz dans la chambre de combustion principale pendant la durée d'un cycle), et la section de passage de l'ajutage soigneuse- ment calibré de l'injecteur 8 est égale à la section né- cessaire pour limiter le débit des gaz dans le cylindre.
Un tel choix de la section permet de régler avec une précision élevée la distribution des gaz suivant les chambres de combustion principales, et il supprime égale- ment l'influence des joints thermiques sur le fonction- nement du moteur, lesquels peuvent varierpendant l'exmploita- tion.
Dans une autre version d'exécution du système d'alimentation selon l'invention, illustrée sur la figure 2, l'enceinte sous membrane de la chambre du mécanisme exé- cutif 18a du clapet 16a communique avec le collecteur 2 par l'intermédiaire de la conduite 34. Tout comme dans le système représenté sur la figure 1,il yrègne les conditions nécessaires à l'ouverture progressive du clapet détendeur
16a après la mise en marche du moteur. L'asservissement entre le clapet 16a et l'organe de fermeture 24 est réalisé à l'aide d'un deuxième organe de fermeture 24.