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La présente invention, due aux travaux de MN MONNOT et VICHNIEVSKY a pour objet l'amélioration des conditions de fonctionne- ment des moteurs à allumage par compression en vue de permettre une combustion plus souple, quel,que soit le combustible utilisé, et une puissance accrue pour une monter de pression donnée, ce qui rend possi- ble notamment l'alimentation des moteurs à allumage par compression au moyen de combustibles plus légers que le gas oil, tels que par exemple les essences, y compris celles d'indice d'octane élevé qui sont normalement utilisées dans les moteurs à allumage commandé.
Le principe de la double alimentation existe déjà dans le de procédé dit/"1"injectin-piote" qui consiste à introduire une fraction réduite du combustible utilisé (environ 10 %) par le même injecteur que celui qui réalise l'injection principale et à environ 10 à 40 degrés d'angle de rotation du vilebrequin avant cette dernière.
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Le même principe est à la base des systèmes de précarburation consistant à remplacer le comburant normalement admis dans les moteurs à allumage par compression par un mélange homogénéisé de comburant et de carburant ne renfermant qu'une proportion insuffisante de ce dernier de sorte que l'allumage et l'explosion francs du mélange soient impossibles.
Ces diverses solutions permettent bien un assouplissement de la marche du moteur en réduisant dans une certaine mesure le délai d'inflammation.
En dffet, dans un moteur à allumage par compression la rupture de pente du diagramme de compression au moment de l'allumage dépend du délai d'inflammation qui dépend à son tour de la nature du combustible utilisé. Pour un combustible de type donné correspondant à un certain délai d'flammation le meilleur rendement peut être obtenu en réglant l'avance à l'injection de manière appropriée en faisant en sorte notamment que la pression maxima soit atteinte au voisinage du point mort haut. Mais à cette avance à l'injection correspond généralement une rupture de pente brutale du diagramme de pression particulièrement préjudiciable au bon état mécanique du moteur.
Si l'on veut réaliser une montée de pression plus progressive pour une même durée d'injection afin d'éviter toute détérioration sensible du moteur, il est nécessaire d'adopter une ayance à l'injection plus faible ce qui permet d'une part de réduire quelque peu le délai d'in- flammation du fait des pressions et températures plus élevées prévalant. lors de l'injection et d'autre part et surtout de limiter la montée de pression par suite de l'influence de la détente pendant une partie de la combustion.
Mais, du fait même que la combustion se poursuit
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pendant le début de la phase de détente a en résulte une perte'de rendement appréciable due à une détente insuffisante. les diverses solutions jusqu'à présent préconisées pour rendre plus souple le fonctionnement des moteurs à allumage par compression présentent toutes, à des degrés divers, l'inconvénient de conduire à un sensible abaissement du rendement. La présente invention permet au contraire de bénéficier des avantages d'une grande souplesse de fonction- nement obtenue par des montées de pression très progressives sans nuire au rendement et même avec des rendements nettement supérieurs à ceux obtenus, toutes choses égales par ailleurs, dans des conditions usuelles de fonctionnement.
Il en résulte en outre la possibilité. d'utiliser dans ces moteurs des combustibles légers tels que les un essences, ayant même/indice d'octane élevé, et ce avec un excellent rendement.
'Un tel résultat a pu être obtenu selon l'invention en réalisant deux injections successives par cycle dans chaque cylindre dans des conditions appropriées permettant de réduire considérablement et même d'annuler le délai d'inflammation en soumettant la première fraction de combustible introduite ou "fraction carburante" à des conditions qui favorisent le développement contrôlé des réactions chimiques de craquage et/ou' d'oxydation de celle-ci jusqu'au stade qui, pour le type de combustible employé,permet de réaliser le meilleur compromis entre l'amélioration du rendement et celle des conditions d'inflammation et de combustion.
A cet effet il a été découvert par les auteurs de la présente invention que les réactions chimiques permettant de donner au combustible
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introduit lors de la première injection les caractéristiques les plus favorables à une bonne combustion ultérieure au moment de l'introduction de la seconde partie du combustible ou "fraction d'inflammation" étaient celles qui résultent de l'introduction de la"fraction carburante" dans les gaz chauds résiduels à la fin de la période d'échappement du cycle précédent.
La température élevée de ces gaz et la faible teneur en oxygène de ceux-ci sont favorables au développement de ces réactions chimiques qui se poursuivent jusqu'au moment de l'introduction dtair frais qui en abaissant la température du mélange gazeux provoque l'arrêt de ces réactions.
11 est dons possible en réglant judicieusement le calage .
- de l'injection préalable de la "fraction carburante" par rapport à celui de l'ouverture de la soupape d'admission et compte tenu du type de moteur et de sa vitesse de régime, de se rendre maître de l'intensité de ces réactions chimiques. Il conviendra notamment de faire en sorte de les choisir suffisantes pour réduire de façon appréciable le délai elles d'inflammation et d'éviter par ailleurs qu'/ne soient excessives car elles conduiraient à un auto-allumage de la "fraction carburante" avant l'injection principale de la fraction dite d'inflammation. Cette auto-inflammation prématurée se traduirait par une perte de puissance et par conséquent par un affaiblissement du rendenent.
Le calage de l'injection préalable conditionnant l'intensité des réactions chimiques de craquage et/ou d'oxydation sera alors fixé de préférence de manière que le mélange combustible formé après la phase d'aspiration et ayant subi certaines modifications chimiques au
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cours de la phase de compression, puisse s'enflammer sensiblenent dès que 'se produit l'injection principale de la "fraction d'inflammation"
Le délai d'inflammation peut ainsi, quel que soit le type de combustible utilisé, être réduit à volonté.
Le réglage du calage de l'injection préalable (de la fraction carburante) dans le cycle et par rapport à l'ouverture de la soupape d'adnission permet si on le désire de rendre nul le délai d'anflammation pour un calage donné de l'injection principale choisi convenablenent de manière à réaliser une nontée de pression progressive tout en conservant un bon rendenent. L'expérience contre qu'en réduisant très sensiblement le délai d'inflammation ou en l'annulant, la montée de pression lors de 1'inflammation s'effentue d'un façon progressive et par conséquent coins brutale.
Bien que la connaissance actuelle des phénomèes de combustion ne permette pas d'expliquer avec certitude les raisons pour lesquelles la montée de pression est moins brutale dans ce cas que dans celui qui correspond à une injection unique on peut tenter d'expliquer ce phénomène par l'hypothèse selon laquelle les premières gouttelettes de combustibles injectées s'enflamment plus rapidenent au contact de composée déjà partiellement oxydes, la flanne se propageant d'une part au jet de conbustible et d'autre part au mélange carburé lui-nêne qui brûle progressivement
Bien entendu l'importance relative de la "fraction carburante" par rapport à la"fraction d'inflammation" sera aussi réglée en fonction du type de combustible utilise,
de manière à assurer les neilleurs rendements avec une souplesse de fonctionnement satisfaisant. Les condi- tions optims de fonctionnement correspondent en pratique à l'injection préalable d'une "fraction carburante" représentant
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de 25 à 50% de la charge totale de combustible. L'injection d'une fraction carburante trop importante provoque des cognenents du moteur, néfastes au bon fonctionnement nécanique de ce dernier. D'autre part l'injection d'une fraction carburante trop faible ne permet pas de réduire suffisamment le délai d'inflammation et la conbustion se produit tardivement provoquant une brusque montée de pression.
EMI6.1
Pour un moteur donnd, c'est-à-dire pour un calage déterniné de l'ouverture de la soupape d'admission et à un régine donné trois variables entrent en jeu pour la d6ternination des conditions optina de combustion, à savoir:
1 - Le calage de l'injection principale de la'fraction
EMI6.2
d 'inf'lTIr1ation" .
2 - le dosage respectifdes fractions "carburante " et
EMI6.3
"d'inflaooation". 3 - Le calage de l'injection de la "fraction carburante" dans l'intervalle correspondant à la présence de gaz chauds résiduels dans le cylindre.
EMI6.4
Les exemples comparatifs ci-après pexmttent de dégager l'influence de ces différentes variables à la fois sur le rendement et la progressivité des nontes de pression.
Tre noteur choisi à titre d'exenple pour les essais présente les caractéristiques suivantes:
Type ''Diesel'' 2 cylindres en ligne) à 4 temps,
Puissance: 50 ch,à 1250 tours/minute,
Alésage; 140 mm,
Course:180 mm,
Taux de compression: 15.
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La distribution est réglée de manière que l'ouverture et la fermeture de la soupape d'admission se produisent respectivement à 12 avant le point mort haut et à 36 après le point mort bas, et que l'ouverture et la fermeture de la soupape d'échappement se produi- sent respectivement à 36 avant le point mort bas et à 12 après le point mort haut.
Le moteur est équipé de 2 pompes à injection directe ayant-chacune deux aylindrés par lesquelles s'effectuent les 2 types d'alimentation. Les injecteurs du moteur sont alimentés par ces pompes montées en parallèle Pour permettre d'observer l'influence des para- mètres de réglage des 2 injections sur les performances du moteur et sur le développement de la combustion, on procède à l'enregistrement du diagramme de pression en fonction de l'angle de rotation du vile- brequin à l'aide d'un manographe strobocathodique. La densité des fumées a été repérée par le procédé Bacharach, consistant à évaluer le noircissement d'un papier filtre après le passage d'un volume défini de gaz brûlés.
EXEMPLE 1.
Le moteur tel que défini ci-dessus est alimenté à pleine charge par de l'essence ordinaire (indice d'octane R.M de valeur 80) et tourne à 1250 tours/minute, le calage de l'injection carburante P1 étant fixé à 360 avant le point mort haut de combustion et le calage de l'injection d'inflammation P2 à 20 avant le même point mort haut. la quantité d'essence faisant l'objet de l'alimentation préalable (carburante) est choisie successivement égale à 16 %, 30 5
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39 % et 50 % de la quantité totale d'essence. A la figure 1, sont représentées les courbes A16 a30 A39et a50 correspondant respecti- vement à chacun de ces débits; la courbe A0 représentée à titre compara- tif correspond au cas du même moteur sans injection carburante ( 0 % d'essence injectée).
La comparaison des courbes A16 A30 A39 et A50 avec la courbe A0 met nettement en évidence la réduction sensible du délai d'inflammation due à la double injection: alors que dans le cas de l'injection unique l'inflammation se produit à 5 environ après le point mort haut, ce qui correspond à un délai d'inflammation de 25 environ d'angle de rotation du vilebrequin, ce délai ne représente plus que 10 environ d'angle de rotation du vilebrequin pour des proportions d'essence de l'injection carburante de l'ordre de 39 à 50% de la quantité totale d'essence consommée.
Cette réduction du délai d'inflammation se traduit par une montée de pression progressive, qui assure une marche très douce du moteur tout en obtenant des pressions maxima voisines de 85 kg/cm2 c'est-à-dire avec un bon rendement par rapport à celui qui correspond dans les mêmes conditions à l'injection unique. Le rendement pour une puissance donnée varie en fonction de l'importance respective des fractions "carburante" et d' "inflammation".
Le tableau ci-après fait ressortir indirectement les variations du rondement en indiquant la consommation d'essence en grammes par cheval/heure correspondant à diverses proportions de combustible faisant l'objet de l'injection carburante P1
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TABLEAU 1
EMI9.1
<tb> Débit <SEP> P1 <SEP> en <SEP> µ <SEP> du <SEP> débit <SEP> commsomation <SEP> en <SEP> essence
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> de <SEP> combustible <SEP> ( <SEP> g/ca/heur)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 168
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 162
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 158
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 156
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 157
<tb>
11 ressort du tableau ci-dessus que les meilleurs rendements sont obtenus avec une injection préalable d'essence représentant de l'ordre de 30 à 50 % de la quantité totale consommée .
De même les indices Bacharch de fumée sont faibles pour les dosages respectifs correspondant à ces proportions, ainsi qu'il ressort ' du tableau II ci-dessous: ,
TABLEAU II.
EMI9.2
<tb>
Débit <SEP> P1 <SEP> en <SEP> % <SEP> du <SEP> débit <SEP> Indices <SEP> Bacharach
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> de <SEP> fumée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 5,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 4,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 3,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 2,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 2,0
<tb>
En définitive, il apparaît que les débits optima des deux types d'injection sont ceux qui correspondent à une injection préalable de 40 à 50 % de la quantité totale d'essence consommée. (Les deux proportions seront donc retenues de préférence pour les essais effectués dans les mêmes conditions mais à des vitesses de régime différentes.
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EXEMPLE 2.
On fait fonctionner le moteur, dans les mêmes conditions de calage des injections qu'à l'exemple 1 (20 et 360 ) et en utilisant pour l'injection carburante les proportions d'essence aptima déterminées ci-dessus (40 à 50 mais avec une vitesse de rotation du moteur de 1000 tours/minute( puissance de 40 ch)
A la figure 2 sont représentées les courbes B40 et B50 correspondantes.
Sur cette figure sont représentées également les courbes B'40 et B'50 correspondant à une alimentation à 3/4 de charge.
L'examen de ces courbes met en évidence le fait que des conditions de marche comparables à celles de l'exemple 1 peuvent être obtenues avec une vitesse de rotation du moteur différente et en n'alimentant le moteur qu'à charge partielle.
EXEMPLE 3.
On fait fonctionner le moteur dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 2, mais en réglant sa vitesse de rotation à 1500 tours/minute ( puissance de 60 ch.).
A la figure 3 sont représentées les courbes C40 et C50 correspondant à l'alimentation en pleine charge, et les courbes Ci 40 et C'50 correspondant à l'alimentation à 3/4 de charge, les indices 40 et 50 indiquant respectivement les proportions retenues pour l'injection carburante.
-De l'examen de ces courbes, on peut conclure que l'intérêt. du dispositif de double injection dans les conditions de la présente
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invention et pour une alimentation à l'essence reste le même quel que soit le régime du moteur.
EXEMPLE 4.
On fait fonctionner le moteur dans les mèmes conditions qu'à l'exemple 1, mais avec une alimentation au gas-oil.
On recherche de même les conditions optima de dosage de la fraction carburante, en choisissant celle-ci successivement égale à
30 %, 35 % 42 % 50% et 57 % de la quantité totale de gas-oil.
A la figure 4, sont représentées les courbes D30 D35,D42 D5 et D57 correspondant respectivement à chacun de ces dosages; la courbe DO donnée à titre comparatif correspond au cas du même moteur . fonctionnant avec injection unique. la comparaison de ces courbes montre, comme à l'exemple 1, l'influence du réglage du dosage de la première injection sur les caractéristiques des courbes de combustion, tant au point de vue du délai d'inflammation que de la pression maxima et du rendement.
D'excellentes conditions de marche sont obtenues notamment pour des fractions carburantes représentant de 20 à 45 % de la quantité totale de gas-oil et de préférence voisinesde 30 % de cette même quantité.
En effet, la consommation en combustible exprimée en grammes par cheval/heure et les indices de fumées ont des valeurs minima pour un dosage de l'injection carburnte représentant environ 30 % de la quantité totale de gas-oil consommée, comme le montre le tableau 3 ci-'après.
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TABLEAU III
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<tb> Débit <SEP> p1 <SEP> en <SEP> % <SEP> du <SEP> débit <SEP> Consommation <SEP> en <SEP> gas-oil <SEP> Indices <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> de <SEP> gas-oil <SEP> ( <SEP> g/ch,/heure) <SEP> fumées
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 182 <SEP> 7,0
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 178 <SEP> 3,0
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 175 <SEP> 2,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 187 <SEP> 3,4
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 195 <SEP> 4,1
<tb>
Il convient de remarquer d'autre part que pour des injections carburantes représentant de 35 à 50% de la quantité totale de combusti- ble consommée le délai d'inflammation est pratiquement nul, ce qui se traduit par une plus grande souplesse de fonctionnement dûe à une montée de pression très progressive.
E X E M P L E 5.
On fait fonctionner le moteur dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 4 (avec alimentation an gas-oil), mais en utilisant pour l'injection carburante la proportion correspondant au rendement optimum ( 30 %), et pour une vitesse de rotation du moteur de 1000 tours/minute ( puissance de 40 ch. )
A la figure 5 se trouve représentée la courbe E30 correspondante ainsi que la courbe E'30 obtenue avec une alimentation à 3/4 de charge.
Ces courbes montrent que la souplesse de fonctionnement du moteur est la même à 1000 tours/minute qu'à 1250 tours/minute et ceci est obtenu avec une consommation spécifique identique dans les deux cas.
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EXEMPLE 6.
On fait fonctionner le moteur dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 5, mais en réglant la vitesse de rotation du moteur à
1500 tours/minute ( puissance de 60 ch. ).
A la figure 6 sont représentées les courbes f30 et F'30 correspondant respectivement à une alimentation en pleine charge et à 3/4 de charge. Ici aussi on constate que l'on conserve à 1500 tours/minu- te les avantages d'une montée de pression progressive sans que la consommation spécifique soit modifiée.
EXEMPLE 7.
On fait tourner le moteur à 1250 tours/minute en l'alimentant à l'essence, les 2 fractions injectées successivement dans le même cylindre étant égales (ce qui correspond à un dosage de la. fraction carburante de 50 % par rapport à la charge totale).
On recherche, dans ces conditions, les calages optima de l'injection carburante pour un calage de l'injection d'inflammation fixé à 20 avant le point mort haut.
A la figure 7, sont représentées les courbes G 340' G360 et
G380 correspondant à des calages de l'injection carburante fixés respectivement à 340, 360 et 380 avant le point mort haut; la courbe
G20 indiquée à titre comparatif correspond au cas du même moteur à injection unique (injection carburante confondue avec injection d'inflammation).
L'examen de ces courbes met en évidence le fait que d'excellentes .Conditions de marche (montée de pression progressive, réduction du
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délai d'inflammation, augmentation du rendenent) sont obtenues pour ces divers calages, correspondent à un déphasage des deux injections successives compris entre 320 et 360 d'angle de rotation du vile- brequin, l'injection de la fraction carburante se faisant, dans tous les cas, dans les gaz chauds résiduels.
Le choix entre ces divers calages peut être effectué, toutes conditions égales par ailleurs, en tenant compte non seulement des délais d'inflammation qui conditionnent la progressivité des montées de pression mais encore de la consommation spécifique ou des indices de fumées, résultats qui apparaissent au tableau ci-après : TABLEAU IV.
EMI14.1
<tb>
Calage <SEP> de <SEP> l'injection <SEP> Délai <SEP> d'infla <SEP> Consommation <SEP> Indices
<tb>
<tb>
<tb> carburante <SEP> ( <SEP> 50 <SEP> % <SEP> ) <SEP> Nation <SEP> en <SEP> degrés <SEP> spécifique <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ( <SEP> g/ch./heure) <SEP> fumées.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
340 <SEP> 14 <SEP> 160 <SEP> 1,0
<tb>
<tb>
<tb> 360 <SEP> 10 <SEP> 157 <SEP> 2,0
<tb>
<tb>
<tb> 380 <SEP> 8 <SEP> 156 <SEP> 3 <SEP> ,2 <SEP>
<tb>
EXEMPLE 8.
On fait fonctionner le moteur comma à l'exemple 7, en ltalimentant à l'essence et en choisissant un déphasage constant de 360 entre les deux injections successives, mais en faisant varier simultanément les calages de ces injections dans le cycle.
A la figure 8 sont représentées les courbes H378 et H382 correspondant à des clages de l'injection carburante fixés
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respectivement à 378 et 382 avant le point mort haut de combustion et à des calages de l'injection d'inflammation fixés respectivement à 18 et 22 avant le même point mort haut.
L'examen de ces courbes met en évidence l'influence exercée sur la combustion par une légère modification du calage de l'injection d'inflammation, le déphasage entre les deux injections restant constant.
On peut remarquer notamment que la courbe H382 n'accuse aucune rupture brusque de pente et permet d'atteindre des pression maxima plus élevées.
EXEMPLE 9.
On fait fonctionner le moteur dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 8, nais en l'alimentant au gas-oil.
A la figure 9 sont représentées les courbes K378 et K 382 correspondant à des calages de l'injection carburante fixés respecti- vement à 378 et 382 avant le point mort haut, pour un déphasage de 360 entre les deux injections successives destinées au môme cylindre.
L'examen de ces courbes montre que dans le cas d'une alimenta- tion au gas-oil le calage de l'injection d'inflammation à 22 corres- pond aussi à la plus forte montée de pression, ce qui d'ailleurs peut paraître naturel puisque le réglage optimum (consommation spécifique en g/ch,/heure minima) est obtenu en marche normale avec injection simple pour un calage de celle-ci de 24 avant le point mort haut.
EXEMPLE 10.
On fait fonctionner le moteur à 1250 tours/minute en l'alimen- tant à l'aide de deux fractions successives égales de kérosène, le
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calage de l'injection carbuxamte étant fixé à 380 avant le point mort haut et le calage de l'injection d'inflammation à 20 avant le nêne point mort haut.
A la figure 10 sont représentées les courbes L1 et L1 corres- pondant respectivement à un fonctionnement en pleine charge et à 3/4 de charge.
L'examen de ces courbes neutre que les conditions de marche valables pour un fonctionnement à l'essence le sont également pour un fonctionnement au kérosène, 1'allumage ayant cependant tendance à produire dans ce dernier cas légèrement avant l'injection d'iflammation Cependant, comme on le voit d'âpres la courbe 12 les caractéristiques de la combustion s'anéliorent en opérant à 3/4 de charge. Ceci est d'ailleurs confirme par le fait que la consommation spécifique en grammes de combustible par ch/heur qui atteint 195 à pleine charge n'est que de l'ordre de 180 à 3/4 le charge.
E X E M P E 11.
L'injection carburante et l'injection d'inflammation étant calóes respectivement à 360 et 20 avant le point mort haut, le meteu est aliuenté à raison de 50% pour chacune des injections, au men d'une essence "Super" ayant un indice d'octane R.M. de 90. Le metue développe une puissnnce de 50 ch. à pleine charge à 1250 tours/umnit Malgré la valeur élevée de l'indice d'octane de l'essence utilisée, on obtient de bonnes conditions de marche et notamment un délai d'inflamma- tien réduit à 12 d'angle de rotation du vilebrequin.
Comme le montrent les exemple ci-dessus, les réactions
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partielles de craquage et d'oxydation imputables à l'injection carburante dans les gaz chauds résiduels peuvent être maitrisées et leur intensité dosée en réglant le calage de la fermeture d'échappement et de l'ouverture d'admission.
Le choi.. de l'angle de déphasage entre l'injection carburante et la fermeture d'échappement permet de doser la quantité de gaz résiduels dans laquelle s'effectue cette injection ét,par conséquent, l'intensité de rechange thermique assurant le craquage partiel de la fraction de combustible faisant l'objet de l'injection carburante et le degré d'oxy- dation de cette dernière. Mais c'est surtout par le choix du calage de l'injection carburante par rapport à celui de l'ouverture d'admission que l'on peut, comme il a déjà été indiqué, agir sur l'intensité des réactions de craquage et d'oxydation, les contrôler et les maitriser en réglant leur durée.
En effet, l'ouverture d'admission, en assurant la pénétration du gaz comburant à la température ambiante abaisse très) rapidement la température du mélange gazeux, provoquant ainsi l'arrêt des diverses réactions.
Le réglage du calage de l'injection carburante par rapport à celui de l'ouverture d'admission permet ainsi de se rendre maître de la durée de la réaction et par conséquent de l'importance des phénomènes de craquage et d'oxydation.
Toutefois, un compromis est ici à réaliser entre les avantages résultant d'une amélioration des caractéristiques de la combustion, tant au point de vue du rendement que de la -,progressivité de la montée de pression, d'une part, et les inconvénients pouvant résulter d'un moindre remplissage du moteur en gaz comburant, d'autre part.
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Ces divers réglages destinés à améliorer la douceur de marche des moteurs à allumage par compression et les caractéristiques de la combustion, sont effectués pour chaque type de moteur en fonction du carburant utilisé. Ils permettent, sans modification profonde du moteur, d'alimenter celui-ci au moyen de carburants et combustibles variés, tels que , par exemple, l'essence à indice d'octane élevé, tout en améliorant la combustion par la réduction des densités de fumée (les indices "Bacharach" de fumée, déterminés dans les conditions de fonctionnement préconisées selon l'invention restent compris entre 1 et 5), ou en acroissant la puissance pour une même limite de densité de fumée par suite de la meilleure utilisation de la charge de gaz comburant.
Ils rendent, possible, en outre, 1'accroissemet de la vitesse de rotation des moteurs de fort alésage par suite de la réduction du délai d'inflam- mation et permettent une diminution sensible de la pression d'injection par suite de l'amélioration des conditions d'inflammation de la charge.
Divers aménagements peuvent être utilisés en vue de réaliser les deux alimentations successives destinées à un même cylindre avec un déphasage et des dosages respectifs appropriés.
Il est possible notamment d'utiliser deux pompes'd'injection . ayant chacune le même nombre de cylindres que celui du moteur, ces pompes étant assujetties à un système de commande et de régulation permettant de faire varier à volonté, et notamment en fonction du type de combustible utilisé, à la fois le'rapport des quantités de combusti- ble introduites respectivement par l'injection carburante et l'injection d'inflammation, et l'angle de déphasage de ces deux injections sucessi- ves destinées au même cylindre;. Un tel dispositif est représenté à la .
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figure 11, la figure 114 représentat à titre comparatif l'alimentation normale avec injection unique, du même moteur.
L'utilisation de deux pompas d'injection présente l'avantage de permettre par un simple réglage approprié du système de commande et de régulation des pompes, d'adapter le rapport des quantités de combusti- ble introduites respectivement par les deux types d'injection (carburante et d'inflammation) et le déphasage entre celles-ci, au' type de combustible utilisé. Cet agencement permet ainsi l'utilisation de chaque type de combustible dans les conditions assurant la meilleure combustion de celui-ci.
Divers autres aménagements peuvent être mis en oeuvre en vue de régler, pour des quantités de combustible égales faisant l'objet respectivement des deux types d'injection, le déphasage entre celles-ci.
Une solution simple, permettant d'éviter l'emploi de deux pompes, consiste à construire un arbre à cames approprié pour la pompe d'injection, de manière à fixer l'angle de déphasage entre les deux injections successives destinées au même cylindre.
Toutefois, cette solution impose le maintien d'un rapport fixe des quantités de combustible faisant l'objet respectivement de l'injec- tion carburante et de l'injection d'inflammation ainsi que d'un déphasa- ge déterminé entre ces deux injections, ce qui ne:permet pas d'adapter sur un même moteur ces deux variables (rapport des quantités injectées et angle de déphasage) en fonction du type de carburant utilisé.
Il convient enfin de signaler deux autres types d'aménagement caractérisés par la simplicité de leur mise en oeuvre. Le premier consiste à utiliser une pompe à injection normale (sans modification de
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l'arbre à cames) mais dont le fonctionnement est associé à la rotation d'une pièce tournant à la vitesse du vilebrequin. Il y a alors deux injections de quantités égales de combustible par cycle, ces deux injections étant séparées par l'intervalle de temps correspondant à la durée d'une rotation de 360 du vilebrequin. Un même résultat peut être obtenu avec une pompe fonctionnant à demi-vitesse du vilebrequin, pompe dont l'arbre à came comporte des cames à daux lobes, symétriques ou décalés1'u par rapport à l'autre d'un angle moitié de celui représen- tant le déphasage recherché entre les deux injections.
Un tel arbre à cames, conçu en l'occurence pour un décalage entre les deux injections de 3400 d'angle de rotation du vilebrequin, est représenté à titre d'exemple sur la figure 12.
Le même résultat,peut d'ailleurs être obtenu également au moyen d'une pompe ayant un nombre de cylindres double de celui du moteur, et dont le fonctionnement est associé normalement à la rotation d'une pièce tournant à une vitesse moitié de celle du vilebrequin. Dans ce cas chaque injecteur est relié à deux des cylindres de la pompe, déphasés de rotation de 360 d'angle/du vilebrequin. Ces deux derniers types d'aménagement présentent l'avantage de permettre l'utilisation-du dispositif normal de commande et de régulation de la pompe d'injection.
Quel que soit le dispositif adopté, l'utilisation des deux injections successives selon l'invention permet de faire fonctionner dans de bonnes conditions les moteurs à allumage commandé en utilisant une grande variété de combustibles allant des essences à haut indice d'octane aux fuels tout en améliorant les conditions de la combustion avec des carburants classiques tels que les gas-oil. En facilitant
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L'infloamontan rapide du mélange combustible, la double injection effectuée dans les conditions de la présente invention permet à rende- ment égal d'utiliser des moteurs d'un plus faible taux de compression que les moteurs actuels de ce type, ce qui se traduit par une réduction du prix de revient de ceux-ci ainsi que par une diminution des frais d'entretien.
Enfin, l'amélioration de la souplesse de fonctionnement résultant de la progressivité des montées de pression n'a pas seulement pour avantage de rendre possible l'utilisation de carburants légers à indice d'octane élevé, elle permet en outre la suppression du bruit et des vibrations imputables à la combustion dans le cas d'une alimentation par injection unique.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention, due to the work of MN MONNOT and VICHNIEVSKY, aims to improve the operating conditions of compression ignition engines with a view to allowing smoother combustion, whatever the fuel used, and a power output. increased for a given rise in pressure, which makes it possible in particular to supply compression-ignition engines with fuels that are lighter than gas oil, such as, for example, gasolines, including those with an index of high octane which are normally used in spark ignition engines.
The principle of the double feed already exists in the process known as / "1" injectin-piote "which consists in introducing a reduced fraction of the fuel used (about 10%) by the same injector as that which performs the main injection and at approximately 10 to 40 degrees of crankshaft rotation angle before crankshaft rotation.
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The same principle is the basis of precarburization systems consisting in replacing the oxidizer normally admitted in compression ignition engines with a homogenized mixture of oxidizer and fuel containing only an insufficient proportion of the latter so that ignition and the blunt explosion of the mixture are impossible.
These various solutions indeed make it possible to make the operation of the engine more flexible by reducing the ignition delay to a certain extent.
Indeed, in a compression ignition engine, the break in the slope of the compression diagram at the moment of ignition depends on the ignition delay which in turn depends on the nature of the fuel used. For a fuel of a given type corresponding to a certain ignition delay, the best efficiency can be obtained by adjusting the injection advance appropriately, in particular ensuring that the maximum pressure is reached in the vicinity of the top dead center. However, this injection advance generally corresponds to a sudden break in the pressure diagram which is particularly detrimental to the good mechanical condition of the engine.
If we want to achieve a more gradual increase in pressure for the same injection duration in order to avoid any appreciable deterioration of the engine, it is necessary to adopt a lower injection strength which allows on the one hand to reduce the ignition time somewhat due to the higher pressures and temperatures prevailing. during injection and on the other hand and above all to limit the rise in pressure as a result of the influence of the expansion during part of the combustion.
But, because the combustion continues
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during the start of the expansion phase there results an appreciable loss of efficiency due to insufficient expansion. the various solutions hitherto recommended for making the operation of compression ignition engines more flexible all have, to varying degrees, the drawback of leading to a significant reduction in efficiency. The present invention, on the contrary, makes it possible to benefit from the advantages of a great flexibility of operation obtained by very gradual pressure rises without adversely affecting the efficiency and even with efficiency clearly superior to those obtained, all other things being equal, in usual operating conditions.
This further results in the possibility. to use in these engines light fuels such as gasoline, having same / high octane number, and this with an excellent efficiency.
Such a result could be obtained according to the invention by carrying out two successive injections per cycle in each cylinder under suitable conditions making it possible to considerably reduce and even cancel the ignition delay by subjecting the first fraction of fuel introduced or " fuel fraction "under conditions which favor the controlled development of chemical cracking and / or oxidation reactions thereof up to the stage which, for the type of fuel used, makes it possible to achieve the best compromise between improvement efficiency and ignition and combustion conditions.
To this end, it was discovered by the authors of the present invention that the chemical reactions making it possible to give the fuel
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introduced during the first injection the characteristics most favorable to a good subsequent combustion at the time of the introduction of the second part of the fuel or "ignition fraction" were those resulting from the introduction of the "fuel fraction" in the residual hot gases at the end of the exhaust period of the previous cycle.
The high temperature of these gases and the low oxygen content of these are favorable to the development of these chemical reactions which continue until the moment of the introduction of fresh air which, by lowering the temperature of the gas mixture, stops the gas mixture. these reactions.
It is therefore possible by judiciously adjusting the timing.
- the prior injection of the "fuel fraction" compared to that of the opening of the intake valve and taking into account the type of engine and its speed, to take control of the intensity of these chemical reactions. In particular, it will be necessary to ensure that they are chosen sufficient to appreciably reduce the ignition delay and also to avoid that / are excessive because they would lead to self-ignition of the "fuel fraction" before the ignition. main injection of the so-called inflammation fraction. This premature auto-ignition would result in a loss of potency and consequently in a weakened performance.
The timing of the prior injection conditioning the intensity of the chemical cracking and / or oxidation reactions will then preferably be set so that the combustible mixture formed after the suction phase and having undergone certain chemical modifications in
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during the compression phase, may ignite sensiblenent as soon as the main injection of the "inflammation fraction" occurs
The ignition time can thus, whatever the type of fuel used, be reduced at will.
The adjustment of the timing of the prior injection (of the fuel fraction) in the cycle and with respect to the opening of the intake valve makes it possible, if desired, to nullify the ignition delay for a given setting of the fuel. main injection chosen suitablenent so as to achieve a gradual pressure relief while maintaining good yield. Experience shows that by reducing very appreciably the delay of ignition or by canceling it, the rise of pressure during 1'ignition fades in a progressive way and consequently corners abrupt.
Although the current knowledge of combustion phenomena does not allow us to explain with certainty the reasons why the pressure rise is less sudden in this case than in the one which corresponds to a single injection, we can try to explain this phenomenon by 'hypothesis according to which the first injected fuel droplets ignite more rapidly on contact with a compound already partially oxidized, the blank propagating on the one hand to the fuel jet and on the other hand to the fuel mixture itself which burns progressively
Of course the relative importance of the "fuel fraction" compared to the "ignition fraction" will also be adjusted according to the type of fuel used,
so as to ensure the neilleurs yields with satisfactory operating flexibility. The optimum operating conditions correspond in practice to the prior injection of a "fuel fraction" representing
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25 to 50% of the total fuel load. The injection of an excessively large fuel fraction causes engine knocking, which is detrimental to the correct mechanical functioning of the latter. On the other hand, the injection of a fuel fraction that is too low does not make it possible to sufficiently reduce the ignition delay and the combustion occurs late causing a sudden rise in pressure.
EMI6.1
For a given engine, that is to say for a determined timing of the opening of the intake valve and at a given speed, three variables come into play for the determination of the optimal combustion conditions, namely:
1 - The timing of the main injection of the 'fraction
EMI6.2
inf'lTIr1ation ".
2 - the respective dosage of the "fuel" fractions and
EMI6.3
"inflaooation". 3 - The timing of the injection of the "fuel fraction" in the interval corresponding to the presence of residual hot gases in the cylinder.
EMI6.4
The comparative examples below pexmttent to bring out the influence of these various variables on both the efficiency and the progressiveness of the pressure reliefs.
The rater chosen as an example for the tests has the following characteristics:
Type `` Diesel '' 2 cylinders in line) 4 stroke,
Power: 50 hp, at 1250 rpm,
Bore; 140 mm,
Stroke: 180 mm,
Compression ratio: 15.
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The timing is adjusted so that the opening and closing of the intake valve occur at 12 before top dead center and 36 after bottom dead center, respectively, and the opening and closing of the valve d The exhaust occurs at 36 before bottom dead center and 12 after top dead center, respectively.
The engine is equipped with 2 direct injection pumps each having two cylinders through which the 2 types of supply are carried out. The injectors of the engine are supplied by these pumps mounted in parallel To make it possible to observe the influence of the adjustment parameters of the 2 injections on the performance of the engine and on the development of combustion, the diagram is recorded. pressure as a function of the angle of rotation of the crankshaft using a strobocathodic manograph. The density of the fumes was identified by the Bacharach method, which consists in evaluating the blackening of a filter paper after the passage of a defined volume of flue gases.
EXAMPLE 1.
The engine as defined above is supplied at full load by ordinary gasoline (octane number RM of value 80) and runs at 1250 revolutions / minute, the timing of the fuel injection P1 being fixed at 360 before the top dead center of combustion and the setting of the ignition injection P2 to 20 before the same top dead center. the quantity of gasoline which is the subject of the preliminary supply (fuel) is chosen successively equal to 16%, 30 5
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39% and 50% of the total amount of gasoline. In FIG. 1 are shown the curves A16 a30 A39 and a50 corresponding respectively to each of these flow rates; curve A0 shown for comparison corresponds to the case of the same engine without fuel injection (0% injected gasoline).
The comparison of curves A16 A30 A39 and A50 with curve A0 clearly shows the significant reduction in the ignition delay due to the double injection: while in the case of the single injection the inflammation occurs at around 5 after the top dead center, which corresponds to an ignition delay of approximately 25 of the angle of rotation of the crankshaft, this delay only represents about 10 of the angle of rotation of the crankshaft for proportions of gasoline of the injection of the order of 39 to 50% of the total quantity of gasoline consumed.
This reduction in the ignition delay results in a gradual rise in pressure, which ensures very smooth running of the engine while obtaining maximum pressures of around 85 kg / cm2, that is to say with a good efficiency compared to the one which corresponds under the same conditions to the single injection. The efficiency for a given power varies as a function of the respective importance of the “fuel” and “ignition” fractions.
The table below shows indirectly the variations in roundness by indicating the fuel consumption in grams per horse / hour corresponding to various proportions of fuel subject to fuel injection P1
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TABLE 1
EMI9.1
<tb> Flow <SEP> P1 <SEP> in <SEP> µ <SEP> of <SEP> flow <SEP> commsomation <SEP> in <SEP> gasoline
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> of <SEP> fuel <SEP> (<SEP> g / ca / hour)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 168
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 162
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 158
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 156
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 157
<tb>
It emerges from the table above that the best yields are obtained with a prior injection of gasoline representing of the order of 30 to 50% of the total quantity consumed.
Likewise, the Bacharch smoke indices are low for the respective dosages corresponding to these proportions, as is apparent from Table II below:
TABLE II.
EMI9.2
<tb>
Debit <SEP> P1 <SEP> in <SEP>% <SEP> of <SEP> debit <SEP> Indices <SEP> Bacharach
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> of <SEP> smoke
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 5.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 4.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 3.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 2.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 2.0
<tb>
Ultimately, it appears that the optimum flow rates of the two types of injection are those which correspond to a prior injection of 40 to 50% of the total quantity of gasoline consumed. (The two proportions will therefore preferably be used for the tests carried out under the same conditions but at different operating speeds.
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EXAMPLE 2.
The engine is operated under the same injection timing conditions as in Example 1 (20 and 360) and using for the fuel injection the aptima gasoline proportions determined above (40 to 50 but with an engine speed of 1000 revolutions / minute (power of 40 hp)
In Figure 2 are shown the corresponding curves B40 and B50.
This figure also shows the curves B'40 and B'50 corresponding to a power supply at 3/4 load.
Examination of these curves demonstrates the fact that operating conditions comparable to those of Example 1 can be obtained with a different engine speed of rotation and by supplying the engine only at partial load.
EXAMPLE 3.
The engine is operated under the same conditions as in Example 2, but adjusting its speed of rotation to 1500 revolutions / minute (power of 60 hp.).
In FIG. 3 are shown the curves C40 and C50 corresponding to the supply at full load, and the curves Ci 40 and C'50 corresponding to the supply at 3/4 load, the indices 40 and 50 respectively indicating the proportions retained for fuel injection.
- From the examination of these curves, one can conclude that the interest. of the double injection device under the conditions of this
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invention and for a fuel supply remains the same regardless of the engine speed.
EXAMPLE 4.
The engine is operated under the same conditions as in Example 1, but with a diesel fuel supply.
The optimum conditions for the dosage of the fuel fraction are also sought, by choosing the latter successively equal to
30%, 35% 42% 50% and 57% of the total quantity of diesel.
In FIG. 4, the curves D30 D35, D42 D5 and D57 corresponding respectively to each of these assays are shown; the DO curve given for comparison corresponds to the case of the same engine. operating with single injection. the comparison of these curves shows, as in example 1, the influence of the adjustment of the dosage of the first injection on the characteristics of the combustion curves, both from the point of view of the ignition delay and of the maximum pressure and of the yield.
Excellent operating conditions are obtained in particular for fuel fractions representing from 20 to 45% of the total quantity of gas oil and preferably close to 30% of this same quantity.
In fact, the fuel consumption expressed in grams per horse / hour and the smoke indices have minimum values for a dosage of the fuel injection representing approximately 30% of the total quantity of diesel consumed, as shown in the table. 3 below.
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TABLE III
EMI12.1
<tb> Flow <SEP> p1 <SEP> in <SEP>% <SEP> of <SEP> flow <SEP> Consumption <SEP> in <SEP> diesel <SEP> Indices <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> of <SEP> diesel <SEP> (<SEP> g / ch, / hour) <SEP> fumes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 182 <SEP> 7.0
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 178 <SEP> 3.0
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 175 <SEP> 2.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 187 <SEP> 3,4
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 195 <SEP> 4.1
<tb>
It should also be noted that for fuel injections representing 35 to 50% of the total quantity of fuel consumed, the ignition delay is practically zero, which results in greater operating flexibility due to a very gradual rise in pressure.
E X E M P L E 5.
The engine is operated under the same conditions as in Example 4 (with a diesel fuel supply), but using for fuel injection the proportion corresponding to optimum efficiency (30%), and for a rotational speed 1000 rpm engine (40 hp power)
In FIG. 5 is shown the corresponding curve E30 as well as the curve E'30 obtained with a power supply at 3/4 load.
These curves show that the operating flexibility of the engine is the same at 1000 revolutions / minute as at 1250 revolutions / minute and this is obtained with identical specific consumption in both cases.
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EXAMPLE 6.
The motor is operated under the same conditions as in Example 5, but by adjusting the speed of rotation of the motor to
1500 revolutions / minute (power of 60 hp.).
In FIG. 6 are represented the curves f30 and F'30 corresponding respectively to a supply at full load and at 3/4 load. Here too, it can be seen that the advantages of a gradual pressure rise are maintained at 1500 revolutions / minute without the specific consumption being modified.
EXAMPLE 7.
The engine is run at 1250 revolutions / minute by fueling it with gasoline, the 2 fractions successively injected into the same cylinder being equal (which corresponds to a dosage of the fuel fraction of 50% relative to the load total).
Under these conditions, the optimum fuel injection timings are sought for an ignition injection timing fixed at 20 before top dead center.
In figure 7, the curves G 340 'G360 and
G380 corresponding to fuel injection timings set at 340, 360 and 380 respectively before top dead center; the curve
G20 shown for comparison corresponds to the case of the same single injection engine (fuel injection combined with ignition injection).
Examination of these curves highlights the fact that excellent running conditions (gradual pressure rise, reduction in
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ignition delay, increase in efficiency) are obtained for these various settings, correspond to a phase shift of the two successive injections between 320 and 360 of the angle of rotation of the crankshaft, the injection of the fuel fraction taking place, in in any case, in the residual hot gases.
The choice between these various settings can be made, all other conditions being equal, taking into account not only the ignition delays which condition the progressiveness of the pressure rises but also the specific consumption or smoke indices, results which appear at table below: TABLE IV.
EMI14.1
<tb>
Injection <SEP> <SEP> setting <SEP> Infla <SEP> delay <SEP> Consumption <SEP> Indices
<tb>
<tb>
<tb> fuel <SEP> (<SEP> 50 <SEP>% <SEP>) <SEP> Nation <SEP> in <SEP> degrees <SEP> specific <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (<SEP> g / ch. / hour) <SEP> smoke.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
340 <SEP> 14 <SEP> 160 <SEP> 1.0
<tb>
<tb>
<tb> 360 <SEP> 10 <SEP> 157 <SEP> 2.0
<tb>
<tb>
<tb> 380 <SEP> 8 <SEP> 156 <SEP> 3 <SEP>, 2 <SEP>
<tb>
EXAMPLE 8.
The engine is operated as in Example 7, by ltalimentant with gasoline and by choosing a constant phase shift of 360 between the two successive injections, but by simultaneously varying the timings of these injections in the cycle.
In figure 8 are represented the curves H378 and H382 corresponding to the fuel injection keys fixed
<Desc / Clms Page number 15>
respectively at 378 and 382 before the top dead center of combustion and at ignition injection timings set respectively at 18 and 22 before the same top dead center.
Examination of these curves shows the influence exerted on combustion by a slight modification of the ignition injection timing, the phase shift between the two injections remaining constant.
It can be noted in particular that the curve H382 does not show any sudden rupture in slope and makes it possible to reach higher maximum pressures.
EXAMPLE 9.
The engine is operated under the same conditions as in Example 8, but by supplying it with diesel fuel.
In FIG. 9 are shown the curves K378 and K 382 corresponding to fuel injection timings set at 378 and 382 respectively before top dead center, for a phase shift of 360 between the two successive injections intended for the same cylinder.
Examination of these curves shows that, in the case of a diesel fuel supply, the ignition injection setting at 22 also corresponds to the strongest pressure rise, which moreover can seem natural since the optimum setting (specific consumption in g / hp, / hour minimum) is obtained in normal operation with single injection for a setting of this one of 24 before top dead center.
EXAMPLE 10.
The engine is operated at 1250 revolutions / minute by supplying it with two successive equal fractions of kerosene, the
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carbuxamte injection timing being set at 380 before top dead center and ignition injection timing at 20 before top dead center.
In FIG. 10 are shown the curves L1 and L1 corresponding respectively to operation at full load and at 3/4 load.
Examination of these curves neutralizes that the operating conditions valid for gasoline operation are also valid for kerosene operation, the ignition however tending to produce in the latter case slightly before the ignition injection. , as can be seen from curve 12, the combustion characteristics are improved by operating at 3/4 load. This is also confirmed by the fact that the specific consumption in grams of fuel per hp / hour which reaches 195 at full load is only of the order of 180 to 3/4 per load.
E X E M P E 11.
Fuel injection and ignition injection being calóes respectively 360 and 20 before top dead center, the meteu is aliuenté at a rate of 50% for each of the injections, at the end of a "Super" gasoline having an index of octane RM 90. The mete develops a power of 50 hp. at full load at 1250 revolutions / umnit Despite the high value of the octane number of the gasoline used, good operating conditions are obtained and in particular an ignition delay reduced to 12 of the angle of rotation of the crankshaft.
As the above examples show, the reactions
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partial cracking and oxidation attributable to fuel injection into the residual hot gases can be controlled and their intensity measured by adjusting the timing of the exhaust closure and the intake opening.
The choice of the phase angle between the fuel injection and the exhaust closure makes it possible to measure the quantity of residual gas in which this injection is carried out and, consequently, the thermal spare intensity ensuring cracking part of the fuel fraction undergoing fuel injection and the degree of oxidation of the latter. But it is above all by choosing the timing of the fuel injection with respect to that of the intake opening that one can, as has already been indicated, act on the intensity of the cracking reactions and oxidation, control and master them by adjusting their duration.
Indeed, the inlet opening, by ensuring the penetration of the oxidizing gas at room temperature very) rapidly lowers the temperature of the gas mixture, thus causing the various reactions to stop.
Adjusting the timing of the fuel injection relative to that of the intake opening thus makes it possible to control the duration of the reaction and consequently the importance of the phenomena of cracking and oxidation.
However, a compromise must be made here between the advantages resulting from an improvement in the characteristics of the combustion, both from the point of view of efficiency and of the -, progressiveness of the pressure rise, on the one hand, and the drawbacks which may result from less filling of the engine with combustion gas, on the other hand.
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These various adjustments intended to improve the smoothness of operation of compression-ignition engines and the characteristics of the combustion, are carried out for each type of engine as a function of the fuel used. They allow, without major modification of the engine, to supply it with various fuels and fuels, such as, for example, high octane gasoline, while improving combustion by reducing the densities of smoke (the "Bacharach" smoke indices, determined under the operating conditions recommended according to the invention remain between 1 and 5), or by increasing the power for the same smoke density limit as a result of the best use of the smoke. oxidizer gas charge.
They furthermore make it possible to increase the rotational speed of large bore motors as a result of the reduction in the ignition delay and allow a substantial decrease in the injection pressure as a result of the improvement. ignition conditions of the load.
Various arrangements can be used with a view to producing the two successive feeds intended for the same cylinder with an appropriate phase shift and respective dosages.
It is in particular possible to use two injection pumps. each having the same number of cylinders as that of the engine, these pumps being subject to a control and regulation system making it possible to vary at will, and in particular according to the type of fuel used, both the ratio of the quantities of fuel introduced respectively by the fuel injection and the ignition injection, and the phase shift angle of these two successive injections intended for the same cylinder ;. Such a device is shown in.
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FIG. 11, FIG. 114 represents, by way of comparison, the normal supply with single injection, of the same engine.
The use of two injection pumps has the advantage of making it possible, by simple appropriate adjustment of the control and regulation system of the pumps, to adapt the ratio of the quantities of fuel introduced respectively by the two types of injection. (fuel and ignition) and the phase shift between them, to the type of fuel used. This arrangement thus allows the use of each type of fuel under conditions ensuring the best combustion thereof.
Various other arrangements can be implemented with a view to adjusting, for equal quantities of fuel subject respectively to the two types of injection, the phase shift between them.
A simple solution, making it possible to avoid the use of two pumps, consists in constructing an appropriate camshaft for the injection pump, so as to fix the phase angle between the two successive injections intended for the same cylinder.
However, this solution imposes the maintenance of a fixed ratio of the quantities of fuel subject to the fuel injection and the ignition injection respectively as well as a determined phase shift between these two injections, which does not: allow these two variables (ratio of the quantities injected and phase shift angle) to be adapted to the same engine as a function of the type of fuel used.
Finally, two other types of layout should be mentioned, characterized by the simplicity of their implementation. The first is to use a normal injection pump (without modification of
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camshaft) but whose operation is associated with the rotation of a part rotating at the speed of the crankshaft. There are then two injections of equal amounts of fuel per cycle, these two injections being separated by the time interval corresponding to the duration of a 360 rotation of the crankshaft. The same result can be obtained with a pump operating at half the speed of the crankshaft, a pump whose camshaft has two-lobe cams, symmetrical or offset with respect to the other by an angle half of that shown. - both the phase shift sought between the two injections.
Such a camshaft, designed in this case for an offset between the two injections of 3400 of the angle of rotation of the crankshaft, is shown by way of example in FIG. 12.
The same result can also be obtained by means of a pump having a number of cylinders double that of the engine, and the operation of which is normally associated with the rotation of a part rotating at a speed half that of the motor. crankshaft. In this case each injector is connected to two of the cylinders of the pump, out of phase with 360 angle of rotation / of the crankshaft. These last two types of arrangement have the advantage of allowing the use of the normal control and regulation device of the injection pump.
Whatever device is adopted, the use of the two successive injections according to the invention makes it possible to operate spark-ignition engines under good conditions by using a wide variety of fuels ranging from high octane gasoline to full fuels. by improving the combustion conditions with conventional fuels such as gas oils. By facilitating
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The rapid infloamontan of the fuel mixture, the double injection carried out under the conditions of the present invention allows, at equal efficiency, to use engines with a lower compression ratio than current engines of this type, which results in by a reduction in the cost price of these as well as by a reduction in maintenance costs.
Finally, the improvement in operating flexibility resulting from the progressive increase in pressure not only has the advantage of making possible the use of light fuels with a high octane number, it also enables noise to be suppressed and vibrations due to combustion in the case of a single injection feed.