Procédé d'allumage (le la charge d'un moteur à combustion interne et moteur pour sa mise en aeuvre. La présente invention se rapporte à. un procédé d'allumage<B> & </B> la. charge d'un moteur à combustion interne, et plus particulière ment d'un moteur à soupapes à champignon du type fonctionnant selon le cycle à volume constant et à soupapes latérales, dans lequel l'air et le combustible sont mélangés inti mement avant la compression et la. combus tion.
Le but de la. présente invention est de provoquer dans la charge, au moment de son allumage, une grande agitation destinée à en assurer la combustion intégrale et instanta née. Ce résultat est obtenu par le fait qu'on allume en premier lieu une petite partie de la, charge qui se trouve dans un état relati vement calme en comparaison de l'état dans lequel se trouve la. partie restante de celle-ci, de telle sorte qu'au début de la période de com bustion, une augmentation de pression rela tivement basse a lieu, cette augmentation de venant très rapide lorsque la. flamme s'étend à la partie restante de la charge qui se met alors dans un état de grande agitation.
Il en résulte comme principal avantage que le moteur, tout en donnant un rendement thermique élevé et possédant une faible ten dance aux détonations, tournera, agréable ment et sera, exempt de trépidations..
Un moteur utilisant ce procédé peut être construit avec une chambre de combustion comportant une partie principale recouvrant le cylindre et une partie plus petite dont le volume est tel qu'à la fin de la course- -de compression elle contiendra au plus 25 de la. charge totale, la plus petite partie étant construite et disposée de telle sorte que tout en étant en communicâtion avec la partie principale, la fraction de la charge qui s'y trouve soit, à la:
fin de la course de compression, .dans un état relativement calme en comparaison de l'état -dans lequel se trouve la fraction principale de cette dernière, de telle sorte que- lorsque la plus petite fraction de la charge est allumée, elle s'enflamme moins rapidement que la fraction principale de celle-ci lorsque la flamme s'y communi- clue, la dilatation de la plus petite partie de la charge après son allumage provoquant une augmentation de l'agitation de la partie principale de cette dernière.
Dans tous les moteurs à combustion in terne à mouvement alternatif, il est essentiel qu'il se produise une agitation de la charge ou d'une partie .de celle-ci d'une certaine in tensité, au moment de l'allumage. On sait, grâce aux expériences faites avec des mé langes explosifs immobiles dans des réci pients clos, que la rapidité maximum de l'in flammation que l'on peut. obtenir par simple allumage d'une charge stagnante, est si fai ble qu'il serait impossible de faire tourner un moteur même à cent tours à la minute, si les charges du cylindre étaient stagnantes.
Cette agitation de la charge est néces saire pour étendre rapidement la combustion à travers toute la masse -du fluide de la, charge, pour enlever des parois froides la fin couche de gaz qui y adhère si intime ment qu'elle échappe complètement à la com bustion, ou bien qu'elle brûle trop tardive ment, enfin pour empêcher les détonations en maintenant la partie non brûlée des gaz en mouvement rapide, de manière à la débar rasser plus facilement de la- chaleur produite par le front de la. flamme, avançant sans l'enflammer et la, comprimant jusqu'à ce qu'elle explose.
Pratiquement, tous les moteurs à com bustion interne à mouvement alternatif ad mettent leur charge fraîche d'air ou d'air et de combustible, par des soupapes ou des orifi ces, et à une vitesse telle qu'elle provoque une certaine agitation de cette .dernière dans la chambre de combustion, ce qui accélère suf fisamment la, vitesse de l'inflammation pour permettre à de tels moteurs de tourner à. des vitesses relativement élevées.
Il est du reste connu que le fonctionne ment de n'importe quel moteur à combustion interne travaillant selon le cycle à volume constant dépense en premier lieu de la na- ture de l'agitation de la charge au moment de l'inflammation.
Celle-ci peut dépendre, comme on vient de le voir, de la vitesse élevée d'entrée des gaz par les orifices d'admission.
Elle peut aussi provenir de l'agitation mécanique produite pendant la course de compression en forçant la charge du cylin- ,dre dans l'espace de combustion, à travers un orifice oti une partie resserrée.
Elle peut provenir encore de l'agitation mécanique produite au sommet du piston lorsque celui-ci s'approche très près d'une partie -de la, culasse du cylindre, de façon à déplacer violemment la partie de la charge saisie entre le piston et cette partie de la cu lasse du cylindre.
Enfin, on peut produire une agitation thermique en divisant la charge en deux par ties de telle façon qu'une des parties étant allumée, il se produise une agitation de l'au tre partie, du fait -de l'expansion de la par tie allumée en premier lieu.
L'agitation de la. charge peut être pro duite dans un moteur à soupape latérale par n'importe laquelle des causes énumérées ci dessus. Il est cependant difficile de produire dans un moteur à soupapes latérales une agi tation convenable.
L'intensité d'agitation existant dans un moteur à soupapes latérales est, dans des conditions semblables de mélange détonant et de rapport de compression, le facteur dont dépend la valeur :de l'augmentation de pres sion, il est possible à l'aide des diagrammes d'un indicateur, de déterminer l'intensité de l'agitation en mesurant la valeur de l'aug-- mentation de pression pendant la combus tion. Cette valeur peut convenablement être exprimée en kilogrammes par cm' d'aug mentation de pression par .degré d'angle de la, manivelle.
Pour illustrer l'effet de l'agitation sur l'augmentation de pression, on a représenté à la, fig. 1 du dessin, deux diaphragmes d'in dicateur de base d'angle de manivelle super posés, les deux relevés sur le même moteur à soupapes latérales dans des conditions iden- tiques. La culasse du moteur étant interchan geable, il a, été possible de modifier facile ment la forme de l'espace de combustion.
La courbe -. montre l'augmentation de pres sion à l'allumage qui se produit lors de l'cm- piôi-d-'une culasse donnant lieu à une agita tion faible, tandis que la courbe B montre l'augmentation de pression lorsque l'on em ploie une culasse donnant une forte agita tion.
On verra que dans le cas de la courbe .L. l'inclinaison de la ligne d'explosion, è est- à-dire la, valeur de l'augmentation de pres sion par degré d'angle de la manivelle est de 1,6 kg par em2, tandis que dans la. courbe B, la valeur est de 4,2 l@g/cmz. On a. observé que, lorsqu'on fait cette expérience et que l'on travaille avec la culasse donnant le dia gramme A, le moteur tourne très régulière ment et silencieusement, tandis qu'avec la cu lasse donnant le diagramme B, il tourne nerveusement et bruyamment.
Une série d'expériences avec des culasses provoquant divers degrés d'agitation, mais donnant toutes le même rapport de compres sion, ont prouvé que la. tendance aux détona tions est réduite .d'une façon marquée lors- (lue le degré d'agitation augmente.
Pour se faire une idée de cette tendance, l'essai suivant a été fait: deux combustibles, dont l'un détone facilement, contrairement à l'autre, on été mélangés de façon à obtenir un combustible qui, lorsqu'il est employé a a vec la culasse particulière à essayer, déto- nera dans des conditions données. La courbe de la fig. 2 du dessin annexé montre les ré sultats obtenus.
Dans cette figure, les or données donnent la. résistance à la détona tion exprimée en rapport de compression équivalent, tandis que les abscisses indiquent l'augmentation de pression en kg'cm' par de gré d'angle de la manivelle. On verra, par ce diagramme, que lorsque la valeur de l'augmentation (le pression passe de 1,6 kg/cm' à. 4,57<B>kg'</B> m' par degré d'angle de la manivelle, la tendance aux détonations di minue.
C'est-à-dire qu'en prenant un combus tible qui détone à un rapport de compression de 5,2 : 1, lorsque l'agitation est telle qu'elle provoque une augmentation de pression de 1,6 kg.'cm', on peut augmenter à 7,2 : 1 le rapport & compression si l'agitation est aug mentée, de manière à avoir une augmentation de pression de 4,58 kg'cmz.
On a trouvé par expérience que le plus grand rendement d'un moteur à soupapes laté rales est obtenu lorsque la valeur de l'aug mentation de pression est de l'ordre de 2 à 2,5 kg par cm' par degré d'angle de mani velle. Lorsque la valeur de l'augmentation de pression excède fortement 2,1 kg/cm'' par degré d'angle de manivelle, la perte de cha leur due .au frottement violent des gaz chauds contre les parois de la chambre de combustion, devient telle qu'elle l'emporte sur l'avantage obtenu par la. combustion plus rapide et plus complète, tandis que si la va leur de l'augmentation de pression est moin dre que 2,1 kg/cm' par .degré d'angle de ma nivelle, le rendement diminue du fait de la combustion retardée et incomplète.
Ceci est visible sur le diagramme de la fig. 3 dont les ordonnées représentent la con sommation minimum en combustible, à pleine admission, exprimée en r/,4 de litre par che- val,'heure et les abscisses, l'augmentation de pression en kgem2. par degré d'angle de la. manivelle. La fig. 4 du dessin annexé mon tre une courbe .semblable sous des conditions de charge partielles, le moteur étant étranglé dans chaque cas pour donner une pression effective moyenne indiquée de 3,86, kg/cm'.
Il apparaît que la valeur optimum de l'augmentation de pression se trouve entre les limites de<B>1,75</B> à 2,8 kg'cm' par degré d'angle de manivelle, dépendant dans une certaine mesure de la grandeur et de la cons truction générale -du moteur, plus la cons truction est rigide, plus élevée peut être cette valeur.
On a, cependant trouvé que lorsque la charge possède une forte agitation, l'augmen tation de pression rapide qui en résulte pro voque une flexion de certains organes tels que les bielles, le vilebrequin, ete. et par suite provoque un bruit de tambour indé- terminé accompagné d'une vibration périodi que élevée, état généralement connu sous le nom de marche brutale.
Une nouvelle recherche a montré que si la pression est appliquée en premier lieu len tement, en vue de supprimer la flexion des organes indiquée ci-dessus, elle peut être ensuite appliquée à une très haute valeur, sans provoquer une marche brutale ou un bruit -de tambour.
Selon la présente invention, la chambre de combustion d'un moteur du type ci-des sus indiqué fonctionnant avec une charge homogène, est constituée de telle sorte que la partie de la charge qui est allumée en pre mier lieu brfile avec une .augmentation de pression relativement faible, tandis que la partie restante brûle avec une augmentation de pression relativement élevée, l'agitation de la partie principale de la charge étant augmentée par l'expansion de la petite par tie allumée en premier lieu.
Cet effet peut être obtenu, par exemple en utilisant un moteur tel que représenté aux fig. 5, 6 et 7 du dessin annexé, dans le quel La fig. 5 est un plan en coupe à travers la chambre de combustion selon la, ligne 5-5 de la fig. 7: La. fig. 6 est une coupe selon la, ligne 6-6 de la fig. 5, et La fig. 7 est une coupe selon la ligne 7-7 -de la fig. 5.
Dans la construction représentée aux fig. 5, 6 et 7, le moteur comporte un bloc E' dans lequel les deux cylindres EZ sont aménagés, ainsi que les ouvertures d'admis sion et d'échappement E" et E4 commandées respectivement par des soupapes r1, H'. Une culasse Cl, dans laquelle les chambre de com bustion sont ménagées, est supportée par le bloc El.
La culasse et le bloc sont formés de ma nière à ce que chaque chambre de combus tion possède une partie principale C2 et une plus petite partie Dl constituant une poche peu profonde qui s'ouvre dans la partie prin cipale C'. La. partie principale C2 de chaque chambre de combustion recouvre le cylindre E2 qui lui est associé et se trouve également- au-dessus d'une des soupapes (au-dessus de la. soupape d'admission r' -dans la forme d'exécution représentée).
Une partie G' de la paroi supérieure de la chambre de eombus- tion se trouve en retrait de façon à. former une saillie qui s'étend intérieurement au- dessus de la soupape FI' formant ainsi, au dessus de cette soupape, la. poche Dl de fai ble profondeur. Cette partie G' présente une ouverture filetée G2 destinée à. recevoir une bougie d'allumage.
La, forme de cette saillie Gl est telle que la hauteur, c'est-à-dire la di mension de la chambre de combustion mesu rée d'ans la. direction de l'axe du cylindre, change brusquement entre la partie princi pale C= de cette chambre et la poche D' (fig. 6 et 7). Afin .de diminuer le plus pos sible la hauteur de la poche Dl, il peut être nécessaire, dans certains cas, de prévoir pour le jeu mécanique de la, ou des soupapes -qui se trouvent dans la poche, une entaille légère de la, face inférieure de la. saillie Gl.
La partie restante h de la. culasse se trouvant au-dessus de chaque cylindre E\ est de forme semblable à celle de la tête du piston 'K', de telle sorte qu'à la fin de la course de compression, ces parties peuvent s'approcher l'une de l'autre aussi près qu'il est pratiquement possible (voir fig. 7).
On remarquera. que la. combustion de la partie de la charge située dans la poche Dl s'effectue, du fait que le gaz est relativement calme dans cette poche et qu'il est étroite ment entouré par des parois froides, dans des conditions qui sont elles-mêmes défavo rables au rendement. A ce point de vue, il est désirable que son volume soit petit. D'au tre part; pour amener la partie principale de la charge dans un état suffisant d'agitation, une certaine quantité minimum est néces saire.
Pour éliminer les détonations, il est désirable que la. distance de la ligne de sor tie de la flamme de la. poche aux parois de fermeture de la chambre de combustion soit maintenue aussi courte que possible, comme il est indiqué par les lignes L' de la, fig. 5, On a.
trouvé par expérience qu'une cou che très mince de la charge telle qu'elle peut se former entre le piston et la culasse- lors que ces d'eux organes se trouvent très près l'un de l'autre, peut, lorsque l'allumage dé bute dans la partie principale de la charge, sc débarrasser de sa chaleur suffisamment rapidement, sur les parois qui la contient, de telle sorte que la compression due au front avançant de la. flamme ne peut l'amener à une température suffisante pour. en provo quer la détonation.
Il est possible, grâce à (le tels moyens, de déplacer- le volume de la chambre île combustion se trouvant au-dessus d'une grande partie -de la. surface du cylin dre et de diminuer ainsi la longueur du par- cours de la. flamme depuis sa ligne de sortie de la. poche jusqu'au point le -plus éloigné dans la, chambre de combustion.
On a. trouvé que lorsque l'espace mini- niuin entre piston et culasse n'est pas -supé rieur à. 4,1 mm, il n'y a, pas de tendance aux détonations. Mais, si l'on dépasse ladite di.- mension, la tendance aux détonations aug mente très rapidement. Cette augmentation est telle qu'un, combustible qui détone lors que le rapport de compression est de 5 : 1 avec un espace de 5;31 mm entre piston et culasse détonera pour une augmentation de cette di- iriension à 6,88 mm à un rapport de compres sion à 4,75 : 1.
Pour illustrer la, différence de fonction- nemeni entre une chambre de combustion tclle que décrite et représentée aux fig. 5, 6 vt 7 et une chambre de combustion d'un type quelconque connu, on a représenté à. la. fig. 8 deux diagrammes d'indicateur superposés.
Ces deux diagrammes ont été obtenus E@n employant le même moteur dont. on a simplement changé la. culasse. Le rapport de compression, la qualité du mélange et la. vi tesse du moteur ont été les mêmes dans les deux cas, ainsi que pratiquement, la vale-ar (le l'augmentation de pression par degré d'angle de la manivelle, laquelle était d(. ?,5â kg cm\. La. différence essentielle entre les deux diagrammes se trouve là. où les courbes de transition 11 et N quittent la courbe-de compression..
O et passent--..-<B>à.</B> -une augmentation rapide de pression P<I>et-</I> Q re présentant les-périodes de combustion.
La courbe<I>0 111 P</I> est le diagramme ob tenu avec une culasse de type connu, et la courbe<I>0 N</I> Q celle obtenue avec une culasse selon les fig. 5, 6 et 7.
On remarquera que dans, la courbe 0 M P, la partie M tend en premier lieu à suivre la courbe 0 Ol de non allumage. Dans-le cas de<I>0 N</I> Q, la partie<I>N</I> passe uniformément et régulièrement de la courbe .. de compression 0 à la courbe d'augmentation de pression Q On a, trouvé que ce passage graduel de la ligne de compression à. la ligne d'ex plosion est provoqué par la _ combus tion relativement lente des 10 à 20 %Q de la charge, ce qui permet de supprimer la flexion des organes constructifs, sans -avoir d'irrégularité dans la, marche du moteur.
La, marche de ce- dernier était .douce avec la culasse donnant la courbe<I>O N</I> Q, tandis qu'elle était brutale avec la. culasse donnant la courbe O M P.