Moteur à combustion interne. La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne du type à in jection, clans lequel le combustible liquide est- injecté dans une charge d'air de combus tion à l'intérieur d'une chambre clé combus tion sans se servir d'un fluide comprimé pour la pulvérisation du combustible, ladite cham bre étant munie d'une chemise d'eau qui em pêche qu'en fonctionnement normal un allu mage ne soit provoqué par les parois .de la chambre.
Suivant l'invention, la chambre de com bustion communique avec le cylindre par une ouverture resserrée et dans cette chambre dé bouchent < lu moins ,deux ajutages pour l'in jection du combustible liquide, les orifices de ces ajutages étant disposés par rapport à ladite chambre de manière que les jets de combustible ne touchent pas les parois clé la chambre et par rapport à ladite ouverture de manière que les axes des jets se rencontrent sensiblement dans un point de l'axe de l'ou verture le tout de telle manière qu'au moins la plus grande partie du combustible qui est injecté,dans ladite chambre pendant la course de compression du piston du moteur,
forme par suite de la rencontre des jets un brouil lard finement divisé qui se mélange intimé- ment avec l'air de combustion comprimé re foulé par le piston du cylindre clans la cham bre de combustion et que l'allumage du mé lange se produise, quand le moteur est une fois mis en marche, au point mort de .com pression ou quelque peu avant ce point par la seule compression du mélange à des pres sions beaucoup plus basses que celles engen dr6es dans les moteurs Diesel et cela en em ployant des combustibles dont les propriétés égalent celles des combustibles employés dans les moteurs Diesel.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe centrale horizon tale de la chambre de combustion et d'une partie du cylindre; La fig. 2 est, à plus grande échelle, une coupe d'une soupape d'injection de combus tible; La fig. 3 est une vue de face d'une partie de la culasse, une autre partie de la culasse étant enlevée; La fig. 4 est une coupe transversale de la culasse suivant la ligne IV-IV de la fig. 3; La fig. 5 est une coupe semblable suivant la ligne V-V de la fig. 3;
La fig. 6 est une vue latérale partielle du moteur et montre le dispositif d'injection du combustible de la commande du régulateur; Les fig. 7 et 7a sont des détails de la sou pape de réglage du combustible; La fig. 8 est un détail de la pompe de combustible; La fig. 9 est un diagramme du cycle du moteur.
Le moteur représenté est un moteur hori zontal d'environ 150 HP. Il possède une che mise d'eau de bout en bout. Ainsi que repré senté aux fig. 1 et .1 ', la culasse est formée de deux parties 39 et 40 boulonnées toutes deux à l'extrémité du cylindre 38, mais si on le désire, la culasse peut être d'une seule pièce. Dans tous les cas, la culasse est pourvue d'une chemise d'eau qui empêche qu'en fonctionne ment normal un allumage @de la charge ne soit provoqué par les parois de la chambre de combustion 37, disposée dans l'exemple des siné dans la. partie 40 de la, culasse.
La sou pape d'admission 1. et la soupape d'échappe ment 2 sont disposées dans le présent cas, toutes deux côte à, côte dans la. partie 39 de la, culasse. Le piston 41 du moteur a une course de 72 cm et tin diamètre de 57 cm, les autres parties ayant des dimensions corres pondantes. Les soupapes du moteur sont ac tionnées par un arbre de distribution trans versal 3 (fig. 6) actionné par un pignon de l'arbre de distribution principal 4 qui actionne aussi la, pompe de combustible 5 et le régula teur 6. Ainsi que représenté à, la fig. 8, la pompe de combustible comprend les soupapes de pompe usuelles et un piston 7, ramené par ressort et actionné normalement par une came de pompe 8.
Ce piston peut aussi être action o6 à la main au moyen d'un levier 5a et son tuyau de refoulement d'huile 9 conduit di rectement aux ajutages d'injection 27 qui dé chargent dans la chambre de combustion, une tubulure 10 (fig. 6 et 7) .conduisant au méca nisme de réglage de combustible commandé par le régulateur, ou commandé à la main, si on le .désire.
Ce mécanisme représenté séparément aux fig. 7 et 7a comporte une soupape d'échappe ment 11 à commande variable, commandant une sortie de la tubulure 10 à un tuyau de trop plein 12. Ladite soupape 11 est fermée par un ressort et est ouverte dans une mesure variable ou à des moments variables, suivant la charge du moteur, par un levier régulateur 13, tournant sur l'extrémité d'un court levier 14 qui est soumis à un changement de po sition conforme au changement du levier 15 du régulateur. Le levier 13 vibre en syn chronisme avec le piston de la pompe au moyen d'une bielle 16, dont l'extrémité infé rieure est connectée à un levier 17 actionné par une came de réglage 18 de l'arbre de dis tribution 4.
La relation de cette came avec la came de pompe 8 est telle qu'elle descend le levier 13 vers la fin de la course de la pompe, et fait que ce levier ouvre la soupape d'échappement 11 plus tôt ou plus tard, sui vant que son point d'appui porté par le levier 14, est baissé ou levé par le régulateur. En réglant ainsi le moment d'ouverture de la. soupape d'échappement 11, la quantité de trop- plein du tuyau de refoulement 9 et en consé quence la quantité de combustible injecté dans le moteur est exactement mesurée et est main tenue conforme à la vitesse du régulateur 6 ou à la charge du moteur.
Il est évident que d'autres types de pompes d'injection et d'au tres systèmes de régulation peuvent être em ployés au lieu de ceux qui viennent d'être décrits, et ce, avec un résultat identique. Mais il faut remarquer que la forme de la came 8 et sa disposition sur l'arbre 4 par rapport à la pompe 5 sont telles qu'en fonctionnement età charge normaux, le début de l'injection du combustible a lieu relativement longtemps avant que le piston 41 du moteur ait atteint le point mort de compression et se termine en fonctionnement normal également avant le point mort.
Pour des raisons mécaniques, la fin de l'injection en cas d'extrêmes surcharges, se trouve quelque peu après le point mort. T1 est désirable que dans des conditions de fonc- tionnement normales, tout le combustible soit admis avant que l'allumage se produise bien qu'aucune gêne particulière ne résulte de l'in troduction d'une faible quantité après ce point.
Afin de réduire à un minimum la charge sur le levier,du régulateur, la soupape d'échappe ment 11 est munie d'une soupape pilote 11a (fig. 7a) montée dans la soupape 11 et qui est disposée de façon à être abaissée par le levier régulateur 13 quelque peu en avance de la soupape 11, pour réduire la pression sur celle-ci et lui permettre d'être facilement ou verte. Le réglage manuel du moteur peut aussi se faire en limitant la course de retour du piston de 1a pompe, ce qui dans la forme d'exécution représentée fait varier le moment du début de l'injection aussi lien que la quan tité déchargée.
La vis 34 établie sur le levier de pompe, est l'organe de limitation de la course d'aspiration du piston de pompe et peut évidemment être manoeuvrée pendant la mar che du moteur.
L'espace de piston dans le cylindre du moteur est séparé de la chambre de combus tion par une cloison annulaire 20 qui est mu nie d'une ouverture centrale 22 pour la com munication entre le cylindre 38 et la chambre de combustion. La section de cette ouverture est beaucoup moindre que la section transver sale du cylindre 38. Ladite cloison est dans l'exemple dessiné d'une seule pièce avec la par tie 40 de la culasse, mais elle peut aussi for mer partie du cylindre 38. Dans sa position interne extrême, le piston s'approche de cette cloison jusqu'à 3 mm ou à peu près.
La cham bre de combustion s'élargit depuis l'ouver ture 22 vers la partie 39 de la culasse de fa çon ;que la largeur augmente davantage que sa hauteur, comme il est bien visible dans les fig. 1, 3 et 4. Elle s'étend à travers la partie 40 de la culasse depuis l'ouverture 22 jusqu'à la partie 39 de la culasse. A la partie anté rieure et à la partie postérieure de la chambre de combustion sont ménagés des espaces cylin driques dans lesquels peuvent jouer respec tivement les sôupapes 1 et 2.
Le combustible liquide venant du tuyau de refoulement 9 de la pompe est divisé à la jonction 25 (fig. 1), des portions égales passant par les deux tuyaux de branchement 26 aux deux ajutages d'injection 27 qui sont montés dans la partie 40 de la culasse, leurs orifices de jet se trouvant l'un en regard de l'autre respectivement dans la partie antérieure et dans la partie postérieure de la chambre de combustion.
La disposition des deux ajutages 27 par rapport à la chambre de combustion et la conformation de celle-ci sont telles que le plan -déterminé par les centres des orifices des ajutages et le centre de l'ouverture 22 divise la chambre de combustion en deux par ties symmétriques. Les ajutages 27 déchargent un jet de combustible sans air, en ce sens que ni air, ni vapeur, ni gaz d'échappement com primé, ni un autre fluide sous pression, n'est mélangé au combustible à l'intérieur des aju- tages, et pour la commodité on se servira du terme sans air" dans ce sens général.
Cha que ajutage d'injection comprend un tube 42 (fig. 2) contenant près de son extrémité in terne une petite soupape de -retenue 28 fer mée par ressort, et une pointe d'ajutage 29 vissée dans le tube 42 de façon que son axe est incliné par rapport à l'axe du tube.
La pointe d'ajutage contient une goupille 42 à rainures hélicoïdales et à extrémité carrée, ajustée étroitement dans la pointe de façon à former un nombre de passages hélicoïdaux, que le combustible liquide traverse et qui lui impriment un mouvement rotatif dans la pe tite .chambre entre l'extrémité carrée de la goupille et l'orifice 30 de l'ajutage, cet orifice ayant un faible diamètre beaucoup moindre que sa longueur. Dans le présent cas, ce dia mètre est de 9/,o mm.
Le combustible déchargé de cet orifice forme un jet de divergence mo dérément large, très finement subdivisé et très homogène, c'est-à-dire que les, fines par ticules constituant le cône de jet sont unifor mément distribuées sur Yensem#ble de la sec tion transversale de ce cône. Les pointes 29 sont montées dans les ajutages 27 de manière que les axes de leurs jets se coupent en un point -de l'axe de l'ouverture 22, comme il est indiqué dans la fig. 1 ou en un point qui se trouve à proximité de cet axe.
Bien qu'une symétrie géométrique parfaite de l'espace de combustion soit désirable, on peut s'en écarter considérablement sans nuire aux résultats qui seront décrits, dans la suite. Mais il importe que les axes des jets opposés se rencontrent sensiblement dans l'axe de l'ouverture 22, que les jets se heurtent avec la même vitesse et qu'ils amènent au point, où ils se rencontrent chacun la même quantité de combustible, vu que ces dispositions permettent au moins à la plus grande partie du combustible de former un brouillard ou nuage de combustible fine ment divisé dans la partie centrale de la cham bre de combustion et n'ayant que peu ou pas tendance à humecter les parois de cette cham bre.
Les jets coniques de combustible sont écartés de ces parois et ne les humectent pas.
En raison de la tendance qu'a le brouil lard à se mouvoir vers le piston, l'air entrant peut se mélanger de manière homogène au combustible avec très peu de tendance à pous ser les particules de celui-ci contre les parois dans une mesure susceptible d'y former une pellicule liquide, et en fonctionnement nor mal, lorsque tout le combustible a été injecté avant la fin de la course de compression du piston 41, il en résulte que tout le combustible a passé à l'état de vapeur, ce qui tend à une augmentation -de l'inflammabilité; à ou quel que peu avant la. fin de la course de compres sion cet état et l'augmentation de température due à la compression provoquent l'allumage.
En avançant le début de l'injection, le brouil lard de combustible a. plus de temps pour adopter un état inflammable, en sorte que le point d'allumage est également avancé, et en injectant l'huile plus tardivement le moment d'allumage est retardé. A la fin de l'injection de combustible, le mélange est formé et est encore en mouvement par suite (lu reste de l'écoulement venant de l'ouverture resserrée 22, 'en sorte qu'on peut dire qu'à l'allumage la. totalité de la.
chambre de combustion est occupée par des particules de combustible en suspension, qui, toutefois n'ont pas été assez en contact avec les surfaces des parois de ladite chambre pour y former une pellicule de liquide, mais ont eu assez de temps pour se vaporiser et adopter un état inflammable.
Dans le diagramme de cycle de la fi-. 9, l'arc a-b montre l'injection de combustible comme occupant 54' de l'angle de manivelle, ce qui représente un état de surcharge. Mais en pratique, il est préférable que l'injection occupe un angle plus faible commençant plus tard et se terminant plus tôt.
L'effet d'allu mage se produit en tous cas au point mort ou légèrement en avant de ce point, et la détente a lieu sur une portion du cycle représenté par l'arc c-d. La soupape d'échappement 2 s'ou vre alors jusqu'à ouverture de la soupape d'admission 1, point e du diagramme; les deux soupapes restent ouvertes jusqu'à ferme ture de la soupape d'échappement, point, f Ja diagramme, point où le piston a évacué les gaz d'échappement et a commencé à aspirer l'air frais, aspiration qui continue jusqu'à fermeture de la soupape d'admission 1, point g du diagramme, et à ce moment, le piston se trouve près de son point mort externe.
La quantité d'air admise pendant la. course d'as piration est sujette à un réglage au moyen d'un organe d'étranglement 35 (fig. 6) qui est représenté au dessin sous forme d'une vanne adaptée pour étrangler l'entrée d'air. Pour de faibles charges et de faibles injections de combustible, la vanne est en partie fermée. A partir du point mort externe, l'air aspiré est comprimé par la course interne suivante du piston jusqu'au point a où l'injection de com bustible recommence et coïncide avec la, der nière partie de la course de compression.
Ceci représente le cycle caractéristique des moteurs à quatre temps, mais il est évident que le moteur pourrait aussi être construit comme moteur à, deux temps.
Les dimensions relatives indiquées au des sin donnent en marche normale une compres sion d'environ 15 hg par cm", qui est préfé rable pour ce moteur, quand on emploie des combustibles, dont les propriétés égalent celles des combustibles employés dans les moteurs Diesel; on remarquera que ladite pression est très basse en comparaison à, la. compression d'un moteur Diesel quelconque. Cette com- pression ne suffit pas pour provoquer l'allu mage d'huiles lourdes .dans un moteur froid, et c'est pourquoi on a prévu dans la partie 39 .de la culasse la bougie d'allumage 21 (fig. 1).
Toutefois cette compression est suffisante pour provoquer l'allumage lorsque le moteur est chaud, et le moteur décrit a fonctionné avec une pression de 12 kg. La bougie 21 est disposée pour être connectée à une -source ap propriée quelconque de courant d'allumage, non représentée aux dessins, et la bougie reste généralement connectée, pendant que le volant est mis en mouvement et émet continuellement des étincelles dans l'espace de combustion jus qu'à ce que l'injection de combustible et la com bustion débutent, et d'ordinaire quelques se condes encore après, jusqu'à ce que les sur faces internes soient .chauffées par les pre mières explosions et que la combustion soit prête à continuer spontanément.
Il est évident que d'autres moyens peuvent être utilisés pour établir l'allumage, par exemple un brûleur ou un réchauffeur pour réchauffer la charge d'air tant que le moteur est froid.
Le volant est mis en mouvement par une soupape d'air de démarrage de construction usuelle, telle que représentée en 31 'a la fig. 4.. L'air de démarrage venant d'un tuyau 32 à tra vers cette soupape pénètre sur un côté de l'es pace de combustion par une poche latérale 33 prévue à cet effet. Cette poche est très petite et n'exerce pas d'effet appréciable sur ce qui se passe dans la chambre de combustion.