Brevet FR2307960A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne une chambre de combustion séparée, améliorée, destinée à un type d'application particulier : la combustion discontinue à grande vitesse. b demande ie brevet n 71 02 414 déposée le 18 janvier 1971 au nom du présent Demandeur, Monsieur auguste MOIROUX, décrit le dispositif de chambre de combustion séparée caractérisé par la revendication principale suivante : "Moteur à combustion interne comprenant au moins une chambre de combustion séparée communiquant avec au moins un mécanisme volumétrique ou à capsulisme de type en lui-meme connu et caractérisé en ce que d'une part le même mécanisme à capsulisme est utilisé pour la compression et la détente du fluide moteur alors que d'autre part un seul et mEne organe de distribution assure la liaison entre le mécanisme à capsulisme et la chambre de combustion". la revendication n S précise d'autre part "Moteur à combustion interne suivant l'une quelconque des revenaications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de distrioution assurant la liaison entre le mécanisme à capsulisme et la chambre de combustion est une soupape". La présente invention a pour but de décrire un mode de cor:Ianue souple et rapide de la soupape de transfert qui, joint à une configuration particulière- ment simple et efficace de la chambre de combustion, permette l'application de la chambre de combustion séparée à des moteurs à injection d combustible à grande vitesse. la chambre de combustion séparée se compose de préférence de deux parties, l'une à la partie Inférieure, qui est la chambre de combustion proprement dite, et l'autre, plus grande, à la partie supérieure, qui est la chambre d'accumulation. On recherche dans cette application un volume mort minimal dans la chambre de compression et de détente du moteur. La chambre de combustion reste à pression sensiblement constante, donc sans contraintes mécaniques cycliques, et peut Btre revêtue intérieurement de céramique afin d'éviter les transferts de chaleur vers l'extérieur. b chambre le combustion a une forme et un volume facilitant l'ascension de l'air comprimé vers la chambre d'accumulation, mais non l'ascension des gaz brûlés. la chambre de combustion suivant l'invention est caractérisée en ce que la soupape de transfert est ouverte par une soupape hydraulique constituée par une pompe l'injection classique possédant une avance et fermeture variable, ellememe commandée par l'arbre à cames du moteur. cuitant une autre caractéristique de l'invention, la soupape de transfert est fermée par un ressort hydraulique constitué par un accumulateur d'huile ou de gas-oil. La commande hydraulique de la soupape peut être reliée à la commande de cran d'injection.par un dispositif ou un calculateur chargé d'imposer une relation entre le rapport volumétrique du moteur et le cran d'injection. La commande hydraulique de la soupape de transfert et la commande d'injec- tiot peuvent être réunies en une pompe unique imposait des caraotnristiques définies entre le rapport volumétrique et le cran d'injection. Le réglage de distribution de la soupape de transfert au démarrage peut ê- tre réglé spécialement afin de faciliter le gonflage de la chambre daccumula- tion à partir du cylindre moteur0 Les chambres d'accumulation de plusieurs cylindres peuvent enfin être réunies entre elles afin de donner un volume plus important. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. - Figure 1 est une coupe transversale du dispositif montrant l'architecture générale. - ligure 2 montre les détails de la commande hydraulique. - Figure 3 montre un schéma de régulation simplifiée. - Figure 4 montre les détails de la commande unique du cran et de la soupape de transfert. - Figure 5 montre l'évolution du réglage de la soupape de transfert. - Figure o montre l'évolution des pressions dans le moteur. - Figure 7 montre la mise en parallèle de plusieurs chambres d'accumulation sur un moteur polycylindrique. Le moteur équipé du dispositif ainsi décrit comporte (fig. 1) un oarter principal équipé des nièces usuelles 1 dans lequel se déplacent le piston moteur 2 et sa cinématique bielle manivelle 3. Au-dessus de ce carter est fixée une culasse 4 oomportant la chambre de compression et de détente 5, la tubulure d'admission 6, d'échappement 71 la chambre de combustion 8, et la chambre d'accumulation 9. 3ans cette culasse sont placées les soupapes d'admission 10 et l'échappement 11 mues par l'arbre à cames du moteur non représenté ici, ainsi que la soupape de transfert 12 manoeuvrée par la commande hydraulique 13. Totons qu'entre la chambre de combustion 8 et la chambre d'accumulation 9 existe un passage restreint spécialement aménagé 14. L'injecteur de combustible 15 est placé sur le côté de la chambre de oombustion. La commande hydraulique de la soupape de transfert 12 représentée sur la figure 2 comprend plusieurs éléments. L'arbre à cames du moteur 16, par une came spéciale 17, commande le piston plongeur 18 par l'intermédiaire du coulisseau 19, la rotation du piston plongeur 18 est assurée par la crémaillère 20, oomme d'habitude. Le piston 18 possede à sa partie haute une rampe de début de refou lement variable 21 et de fin de refoulement variable 22. Le combustible pénètre dans le corps ,3 par le canal 24. Dans le bloc de soupape 13, est situé le corps de coupape 25 qui comprend la soupape 12, reposant sur le siège séparé 2o équipée de son piston 27 et comportant à sa partie supérieure un ou plusieurs plats 28. Le corps comprend un a lés@ge @@ dans l@quel se déplace le piston 27 et dans lequel débouche le canal 30 d'amenée du fluide venant de la poripe à quelque distance du fond de l'alésa- ge 29. Le corps 25 comport@ aussi deux alésages plus petits et de même diamètre 31 et 32 pour permettre le guidage de la soupape 12.Une gorge 33 dans l'alésa ge 29 @n partie haute permet d'alimenter les orifices 34 et le canal 35 débou- chant à l'air libre. Une chambre d'accumulation 36 est alimentée par la pompe de circulation basse pression par du fluide arrivant - travers le clapet de non retour 37. Un ressort de faible tarage 38 appuie sur le piston, et enfin un orifice 39 communique avec l'extérieur. La figure 3 montre la commande de puissance 40 qui, par l'intermédiaire d'un organe de synchronisation ou d'optimisation 41 commande en parallèle la pompe d'injection de combustible 42 et la pompe d'injection de commande hydraulique 43 manoeuvrant le bloc soupape 44 précédemment décrit. La figure 4 montre une réalisation particulière du bloc soupape dans lequel l'arrive de fluide 30 est ici le gas-oil combustible. Le bloc soupape possède la même gorge 33 recouverte par le piston 27 en partie haute la soupape possè- de un canal central 45 alimenté par les orifices 34 et desservant un clapet non retour 46 alimentant les orifices de pulvérisation 47. Le clapet non retour peut par exemple être constitue par une bille 48 et un ressort antagoniste 49. La figure 5 montre le tracé des rampes de début et de fin de refoulement du piston plongeur 18. On note que dans la position de démarrage le refoulement débute avant le PMH et croît régulièrement de 0 à 100 % de la charge. Cependant, la fin de refouloment se fait au PMH (point mort heut) en position de démarrage et décroche brusquement des la marche a vide pour atteindre une valcur qui croît ensuite régulièrement jusqu'à la pleine charge. Sur la figure o, on note divers angles d'ouverture et da fermeture de la sou pape pour un cycle à aspiration naturelle et pour un cycle suralimenté. Sur la figure 7, on voit l'arrangement possible entre plusieurs cylindres d'un moteur polycylindrique. Te fonctionnement est le suivant. Dès le démarrage des auxiliaires du moteur, la pompe basse pression alimente par le clapet non retour 37 l'accumulateur 36, la soupape 12 étant en position basse sur sOù siège. Les plots 2G débouchent dans le haut de l'accumulateur 33 et permettent une purge continuelle qui s'effectuera en marche chaque fois que la soupape sera en position basse, c'est-à-dire pendant 90 % du temps. Ce balaya ge de fluide exerce un refroidissement efficace du corps et de la soupape. Dès que la came 17 entre en action et que la rampe 21 ferme l'orifice 24, le refoulement se fait dan le canal 30, et la force qui stexerce sur le piston 27 fait monter la soupape. La même section utile sur la face supéricure 18 comprime le fluide dans le capacité 3o dès Que les plots 28 se sont escamotés dans la course de lsvée de la soupape. Il en résulte donc un effort hydraulique résistant. La soupape se lève jus qu"à ce que le piston 27 recouvre la gorge 33 qui permet alors de diriger le fluide refoulé par le piston plongeur 18 à travers les canaux 35 et 34 vers la décharge 39, ce qui purge le système en permanence. La soupape 12 s'immobilise dans cette position jusqu'à ce que la rampe de décharge 22 arrive en face de l'orifice 24. la pression tombe alors brusquement dans le canal 30 at,sous l'action du fluide comprimé dans la chambre 36 agissant sur la partie supérieure annulaire du piston 27, la soupape descend et accélère jusqu'à ce que le piston 27 recouvre l'orifice 30. Le reste de la course constitue alors un amortisse ment pour éviter le choc de la soupape 12 sur son siège.Le cycle recommence. Au démarrage la soupape s'ouvre avant le PMH et se ferre au PMH. On enferme donc sucoessivement l'air comprimé par plusieurs courses dans la chambre de oom- bustion 8 et la chambre accumulateur 9. Des que l'on passe en position Marche à viie, le cycle normal s'effectue et la pression dans 8 et 9 s'établit rapidement à la valeur fixée par le point de fermeture de la soupape. On voit donc que l'on peut dans les premiers cycles de démarrage augmenter le rapport de compression en restant plus de temps en position démarrage. Dès que le moteur tourne, a chaque cycle, la soupape se live à l'angle avant le PMH (fior 6). L'air comprimé passe alors de la chambre de compression 7 à la chambre de combustion 8 à travers une grande section de passage. Une partie de cet air franchit le canal 14 et passe dans la chambre d'accumulation 9. b combustion commence au voisinage du PMH et intéresse l'air qui se trouve dans 8. Le piston commence son mouvement descendant et l'air stocké dans 9 repasse dans 8 et participe à la combustion, l'injection de combustible s'arrête, puis la soupape redescend et refoule devint elle les gaz brûlés qui sont aussi balayés latéralement par l'air en excès retournant dans la chambre 7. L'angle est alors + Bo . La combustion s'effectue donc à une pression sensiblement constante réglée par la pression régnant dans le volume 9, ce qui permet d'adopter un rapport volumétrique levé. Ceci, joint aux pertes thermiques faibles résultant de l'isolement thermique de la chambre , assur un rendement tros élevé. Si le moteur n'est pas suralimenté, le point d'ouverture de la soupape sera laissé constant pour s'adapter à une pression constante avec la charge. Il n'y aura pas de rampe d'avance sur le piston plongeur. Pari contre, le point de fer meture variera avec le cran de combustible pour conserver la même pression résiduelle dans les chambres 8 et 9. Il y aura donc une rampe de fermeture. Si le moteur est suralimenté, l'angle de début de refoulement -Ao devra être - A1 pour conserver la même pression maxi et l'angle de fermeture passera de + 3@ à + 31 On peut ainsi fairc varier la pression maxi avec la suralimentation en fixant par exemple des angles - A'1 et + 3'1 Cn voit ainsi que le système permet de conserver la pression maximale fixée par la structure quel que soit le taux de suralimentation, donc de conserver le rapport volumétrique maximal à charges partielles, donc d'accroître le rendement. On peut aussi souhaiter, dans des cas d'application divers, fixer une relation quelconque entre le cran de combustible et le rapport volumétrique. Il sufira (voir fig 3) de commander les crémaillères des deux pompes 42 et 43 de la façon souhaitée par un dispositif ou un calculateur 41. Lorsque l'on souhaite simplifier le système, on a recours à la solution dé- crite dans la figure 4. Dans ce cas, l'impulsion 30 venant de la pompe de oommande comprend le volume nécessaire au déplacement de la soupape depuis la position basse jusqu'à la gorge 33 plus le volume à injecter. I1 suffit donc d'écsr- ter les rampes de début et de fin de refoulement 21 et 22 de la pompe d'une lon- gueur constante.Dès que la gorge 33 est recouverte, le combustible passe par les orifices 34 et 35, et, traversant le clapet non retour 46, entre dans les pulvérisations 47. Dis que la rampe de fin de refoulement 22 découvre le trou 24, la pression dans le canal 45 tombe et la soupape redescend, coupant brutalement l'injection. la descente s'effectue comme précédemment décrit. Dans ce cas, on note - que l'injection ne peut avoir lieu que si la soupape est levée, ce gui est une sécurité - qu'il suffit d'une seule pompe d'injection ; - que la soupape se refroidit par le combustible - que l'injection est centrale, donc vieux placée, et outil n'y a plus d'injection lorsque lz soupape redescend, ce qui évite toute pénétration des gaz brûlés au-dessus de la soupape. Pour toutes ces raisons, cette solution est trs intéressante. Bien entendu, la pompe d'injection unique peut ttre munie de deux rampes telles que précédemment décrites. Dans le cas d'un moteur polycylindrique (voir fit 7), on peut échanger de l'énergie entre les diverses chambres d'accumulation 30 et 51 par la canalisation 52 tout on conservant sJparêes les chambres de combustion, Le dispositif a le grand avantage de réduire le volume de chaque chambre d'accumulation tout en conservant l'avantage d'un grand volume total. REVENDICATIONS 1. commande hydraulique de soupape de transfert pour une chambre de combustic séparée se composant de deux parties comprenant une chambre de combustion proprement dite et une chambre d'accumulation, la forme de cellcs-ci et leur liaison étant destinées à éviter le mélange des gaz brûlés avec l'air d'accumulation, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une pompe d'injection à piston plongeur et > rampes classiques commandées par l'arbre à cames du moteur, cc qui confère une grande précision de mouvement. 2. Commande hydraulique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape de transfert est rappelée en position repos par un ressort antagonis te hydraulique sans inertie, ce qui permet l'adoption de grandes vitesses d'uti lisation. 3. Commande hydraulique suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la soupape de transfert possède un amortissement hydrau- ligue en fin de course retour pour éviter les chocs malgré les vitesses élevées.