Tuyère d'injection de combustible par air comprimé dans<B>un</B> moteur <B>à</B> combustion interne. L'invention décrite ci-dessous concerne ni' perfectionnement apporté aux tuyères d'in jection de combustible par air comprimé pour moteurs à combustion interne.
Dans les injecteurs connus, ce canal d'in jection présente les formes les plus variées: cylindrique, conique, convergent-divergent; il présente souvent des variations brusques de section ou des obstacles pour l'écoulement du fluide.
La foi-me et les dimensions de ce carial n'ont jamais été établies de façon<B>à</B> réaliser au moins approximativement la vitesse maxima de l'écoulement qui peut s'y produire, et les vitesses<B>à</B> la sortie obtenues a ce jour, ne dépassent guère une centaine de mètres par seconde.
L'invention consiste<B>à</B> choisir pour tuyère d'injection, d'un moteur donné, une tuyère ayant un profil tel que la vitesse d'injecti on du fluide dans le cylindre atteigne<B>à</B> peu près la vitesse correspondant théoriquement <B>à</B> la différence de pression disponible, et cela afin que ladite vitesse d'injection puisse atteindre ou dépasser Pordre de grandeur de 200 mètres par seconde.
La surface<B>de</B> la section d'entrée de la tuyère est naturellement déterminée par la quantité de fluide<B>à</B> injecter et par<B>le</B> temps que, doit durer l'injection.
Certaines foi-mes <B>de</B> tuyères, permettant l'écoulement dans les conditidns ci-dessus spécifiées, sont connues et expos,,es dans les traités scientifiques spéciaux traitant de l'écoulement des fluides gazeux. Si P et<B>_p</B> sont Ics pressions initiales (au-dessus de la soupape de retenue d'air), et finales (dans<B>le</B> cylindre au moment de, linjection), on sait que suivant la valeur durapport la tuyère sera soit d'abord convergente puis
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divergente <B>si
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</B> environ (cette limite variant, pour des différents gaz, de<B>0,52 à 0,60),</B> soit simplement convergente si
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environ.
Ces deux formes de tuyères sont représentées respectivement aux fig. let 2. Dans la fig. <B>1,</B> relative au cas oilp <B> < </B> 0,56 <B>P,</B> le fluide est<B>à</B> la pression P dans la section d'entrée 1,2. La tuyère converge jusqu'à la section rétrécie 3-4 dans laquelle la pres sion est environ de<B>0,56</B> P; puis la tuyère diverge jusqu'à la section<B>5-6</B> dans laquelle la pression est<B>p.</B>
Si la pression dans le cylindre est<B>p<I>> p,</I></B> la tuyère s'arrêtera<B>à</B> la section<B>5', 6'</B> dans laquelle la pression du fluide de la veine est<B>p'.</B>
Si cette pression est<B>p" > 0,56</B> P, elle est atteinte dans une section<B>5", 6"</B> au-dessus de la section rétrécie<B>3,</B> 4. Si donc la tuyère doit fonctionner entre une pression d'entrée <I>P</I> et une pression de sortie<B>p" > 0,56</B> P, elle aura une forme de type simplement cou- vergent telle que celle représentée fig. 2.
L'intérêt de la présente invention est établi par les considérations suivantes. La qualité de la combustion dans un moteur<B>à</B> com bustion interne<B>à</B> injection de combustible dépend en grande partie de la division plus ou moins grande du combustible dans le fluide d'injection, et de la rapidité avec la quelle ce fluide d'injection se répand dans tout l'espace formant la chambre du cylindre pendant tout le temps que dure l'injection.
Cette division du combustible, et cette rapidité de diffusion dans le cylindre seront d'autant mieux réalisées que les vitesses du fluide d'injection dans le canal d'injection et <B>à</B> sa sortie de ce<B>*</B> canal seront plus grandes.
C'est en donnant au canal d'injection un profil convertissant en vitesse, autant que possible, toute la variation d'énergie disponible des fluides qui<B>y</B> passent que l'on obtiendra la vitesse maxima d'injection et de ce fait le meilleur rendement du moteur. Pour abréger on appellera ci-dessous ,tuyère théorique" toute tuyère répondant<B>à</B> cette condition. Si le profil du canal d'injection ne répondait pas exactement<B>à</B> la condition ci-dessus, une partie importante de l'énergie potentielle des fluides serait transformée en chaleur, de même si le canal contenait des obstacles ou des variations brusques de section, il s'ensuivrait une importante diminution de la vitesse du fluide dans le canal et<B>à</B> la sortie.
<I>Or,</I> pour les moteurs Diesel, la pression d'injection est généralement voisine de<B>65</B> kg par CM2# la pression dans le cylindre au moment de linjection est voisine de 33 <B>kg</B> par CM2 (qui est nécessaire pour obtenir une température suffisante pour provoquer l'auto- allumage des huiles lourdes et permettre leur combustion);
la vitesse<B>à</B> la sortie d'une tuyère théorique d'un fluide passant de <I>P</I> # <B>65 kg à<I>p</I></B> # <B>33 kg</B> est supérieure pour les fluides communément injectés (air et huile lourde)<B>à</B> 200 in par seconde. Par ailleurs, les expériences du demandeur ont montré que cette vitesse d'injection de 200 in par seconde est le minimum nécessaire pour permettre dans un Diesel la bonne combustion des huiles lourdes. Il en résulte que seule une tuyère approchant suffisamment d'une tuyère théorique peut donner ce résultat et c est ce qui fait la valeur de l'invention.
Dans le cas où l'injection du combustible dans l'air d'injection a lieu en un point (que Fon appellera section de choc) de cette tuyère située entre l'entrée et la soi-tic comme c'est le cas pour un certain nombre d'iiijecteurg, la présence d'une certaine proportion de gout telettes liquides dans<B>le</B> fluide gazeux d'in jection<B>à</B> partir d'un certain point de son parcours conduit<B>à</B> modifier la forme<B>de</B> la tuyère<B>à</B> partir 4e ce point;
en effet,<B>à</B> partir du point où la veine est chargée de liquide, la forme de la tuyère doit approcher de la forme théorique correspondant au fluide chargé de liquide, tandis qu'au dessus de ce point il s'agit<B>de</B> la forme théorique correspondant au fluide pur.
Pour que la tuyère faisant l'objet de l'in vention ait tout son effet, il faut évidemment que le titre du fluide en combustible soit constant du début<B>à</B> la fin de l'injection et quelle que soit l'allure du moteur, puisque la forme de la tuyère est calculée d'après le titre du mélange. Quant<B>à</B> la surface de la section d'entrée de la tuyère, elle est calculée pour la quantité de fluide et la durée d'in jection correspondante<B>à</B> l'allure normale du moteur.
<B>A</B> titre d'exemple, on a décrit ci-dessous en indiquant les dimensions et représenté au dessin annexé deux tuyères établies con- form6ment <B>à</B> l'invention, pour des moteurs Diesel de type courant, dans lesquelles le combustible est injecté dans la tuyère même.
La fig. <B>3</B> est une tuyère convergente- divergente, établie pour le cas où la vitesse du son, dans le mélange d'air et de com bustible, doit être dépassée; La fig. 4 une tuyère convergente, établie pour le cas oii la vitesse finale<B>à</B> atteindre ne dépasse pas ladite vitesse du son.
La tuyère de la fig. <B>3</B> est établie pour un moteur Diesel ayant les caractéristiques sui vantes.
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<B>-</B> <SEP> puissance <SEP> par <SEP> cylindre <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> 17,5</B> <SEP> IIP
<tb> <B>-</B> <SEP> nombre <SEP> de <SEP> tours <SEP> <B>à</B> <SEP> la <SEP> minute <SEP> <B>500</B> <SEP> tours
<tb> <B>-</B> <SEP> pression <SEP> moyenne <SEP> effective
<tb> dans <SEP> le <SEP> cylindre <SEP> par <SEP> cm' <SEP> <B>5 <SEP> kg <SEP> 300</B> <SEP> gr
<tb> pression <SEP> <B>à</B> <SEP> l'entrée <SEP> de <SEP> la
<tb> tuyère <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 67 <SEP> kg</B> <SEP> par <SEP> cm'
<tb> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> cylindre <SEP> au
<tb> moment <SEP> de <SEP> l'injection <SEP> 34 <SEP> <B>kg</B> <SEP> par <SEP> cm"
<tb> titre <SEP> du <SEP> mélange <SEP> d'air <SEP> et <SEP> <B>1</B> <SEP> gr <SEP> de <SEP> comb.
<tb> d'huile <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,5</B> <SEP> gr <SEP> d'air Les caractéristiques de la tuyère conver- gente-divergente suivant l'invention, repré sentée en fig. <B>3,</B> sont les suivantes:
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Diamètre <SEP> Sui-face
<tb> Désignation <SEP> <U>de <SEP> la <SEP> section</U> <SEP> de <SEP> la <SEP> de <SEP> la
<tb> section <SEP> section
<tb> en <SEP> <B>mm</B> <SEP> en <SEP> mm2
<tb> <B>7-8.</B> <SEP> Immédiatement <SEP> au dessous <SEP> de <SEP> l'entrée <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> 3,56 <SEP> 9,95</B>
<tb> <B>9-10.</B> <SEP> Section <SEP> rétrécie <SEP> <B>. <SEP> 1,78 <SEP> 2,51</B>
<tb> 11-12. <SEP> Section <SEP> de <SEP> mé lange <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1 <SEP> 71</B> <SEP> 2,11
<tb> 13-14. <SEP> Sortie <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> .</B> <SEP> 2 <SEP> <B>01 <SEP> 3,18</B> La tuyère de la fig. 4 est établie pour un moteur Diesel ayant les caractéristiques sui vantes:
puissance par cylindre<B>37,5</B> HP nombre de tours<B>à</B> la minute<B>500</B> tours
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<B>-</B> <SEP> course <SEP> du <SEP> piston <SEP> moteur. <SEP> <B>. <SEP> 305</B> <SEP> mm
<tb> <B>-</B> <SEP> alésage <SEP> du <SEP> cylindre <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> 250</B> <SEP> mm
<tb> <B>-</B> <SEP> pression <SEP> <B>à</B> <SEP> l'entrée <SEP> de <SEP> la
<tb> tuyère <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 65 <SEP> kg</B> <SEP> par <SEP> cm2
<tb> <B>-</B> <SEP> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> cylindre <SEP> an
<tb> moment <SEP> de <SEP> linjection <SEP> <B>. <SEP> .</B> <SEP> 34 <SEP> <B>kg</B> <SEP> par <SEP> CM2
<tb> <B>-</B> <SEP> titre <SEP> du <SEP> mélange <SEP> d'ait, <SEP> et <SEP> <B><I>1</I></B> <SEP> <U>gr <SEP> de <SEP> comb.</U>
<tb> d'huile <SEP> <B>. <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,25</B> <SEP> gr <SEP> d'air Ce mélange est sensiblement plus riche en combustible que le précédent.
Les caractéristiques de la tuyère conver gente suivant l'invention. représentée en fig. 4. sont les suivantes:
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Diât.mètre <SEP> Surface
<tb> la <SEP> de <SEP> la
<tb> Désignation <SEP> de <SEP> la <SEP> section <SEP> section <SEP> section
<tb> en <SEP> mm <SEP> en <SEP> <B>mm,</B>
<tb> <B>15-16.</B> <SEP> Immédiatement
<tb> au-dessous <SEP> de <SEP> l'entrée <SEP> <B>5,05 <SEP> 19,9</B>
<tb> <B>17-18.</B> <SEP> Section <SEP> de <SEP> mélange <SEP> <B>3,3 <SEP> 8,5</B>
<tb> <B>19-20.</B> <SEP> Sortie <SEP> <B>. <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 3,26 <SEP> 8,35</B> Les dimensions des deux tuyères ci-dessus ne sont données qu'à titre d'exemple et l'in vention permet d'établir pour les moteurs des types indiqués des tuyères de dimensions sensiblement différentes de celles indiquées et représentées. On sait notamment que pour un gaz permanent comme l'air, la variation de vitesse d'écoulement entre deux sections <B><I>8</I> 8'</B> de surfaces déterminées reste constante même si l'écartement de ces deux sections varie pourvu que les pressions restent les mêmes dans ces deux sections.
La tuyère<B>8 S'</B> (fig. <B>5)</B> peut, par exemple, être remplacée, si les frottement sont négligeables et si-les pres sions aux orifices d'entrée et de sortie sont données, soit par une tuyère<B>8</B> S'i, soit par une tuyère cylindrique de<B><I>S</I></B> en Si et iden tique<B>à<I>S</I> S'</B> dans sa partie<B>Si</B> S'i, soit par la tuyère<B>8 S'</B> elle-même suivie de la partie cylindrique<B>S'</B> S'i. Dans ces derniers cas, la vitesse en S'i sera la même qu'en S, car elle ne varie pas dans les parties cylindriques <B>8 Si.
ou</B> S' S'i. <B>On</B> pourra, d'après ce qui précède, réaliser sans soi-tir de l'invention des tuyères plus on moins longues donnant au fluide<B>à</B> sa sortie sensiblement la même vitesse.