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PERFECTIONNEMENT AUX MOTEURS A ALLUMAGE COMMANDE
EMI1.1
ET A ALTMEt" :TICN HETEROGENE
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La présente invention a pour objet un perfectionnement aux moteurs à allumage oommandé et à alimentation hétérogène permettant le fonctionnement de ces moteurs par la combustion de mé- langes carbures hétérogènes globalement pauvres, c'est-à-dire de mélanges comburant-carburant dans lesquels la proportion de carbu. rant est inférieure à celle d'un mélange stoeohiométrique. lequel correspond, lorsque le comburant est de l'air et le carburant de l'essence, à environ 15g d'air pour un gramme d'essence,
ces pro- portions variant quelque peu avec la nature du oarburant (une ri- chesse égale à l'unité correspond par définition, au mélange stoe- ohiométrique) .
La combustion des mélanges pauvres peut être rendue plus complète que celle des mélanges riches qui ne brûlent qu'im- parfaitement .
Par suite, l'utilisation des mélanges pauvres peut présenter de nombreux avantages par rapport à l'emploi des mélan- ges riches, en particulier :
1 / une économie de carburant @
2 / une réduction de la teneur des gaz d'échappement en imbrûlés nocifs , ,
3 / une réduction des dépôts de calamine dans le mo- teur, ces dépôts résultant d'une mauvaise combus- tion .
Dans les moteurs à allumage commandé, la difficulté essentielle provient du fait qu'il n'est guère possible d'enflam- mer dans de bonnes conditions des mélanges carbures homogènes
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dont la richesse est inférieure à une valeur-limite de l'ordre de 0,80, cette valeur-limite variant quelque peu avec les conditions de fonctionnement du moteur .
Parmi les solutions proposées dans l'art antérieur pour pallier cette difficulté, l'une consistait à séparer matériellement l'espace de combustion en deux parties communicantes respectivement une chambre principale de combustion et une préchambre, les électrodes de la bougie d'allumage étant situées dans cette dernière .
On réalisait une alimentation de la préohambre en un mélange plus riche en carburant que celui alimentant la chambre principale par l'intermédiaire d'un dispositif tel qu'une soupape d'admission ou un Injecteur débouchant à l'intérieur même de la préchambre .
L'inflammation par l'@@@@celle de la bougie du mélange plus riche contenu dans la préchambre devait permettre la combustion du mélange pauvre emplissant la chambre principale .
Les auteurs de la présente/invention ont découvert que l'alimentation d'une préchambre en mélange de richesse supérieure à celle du mélange introduit dans la chambre principale pouvait être obtenue autrement qu'en réalisant cette alimentation en mélange plus riche par cette préchambre même .
L'expérience a en effet montré qu'il était possible d'obtenir à l'intérieur d'une préchambre présentant au moins un orifice de communication avec'la chambre principale, et dans laquelle débouche exclusivement la bougie d'allumage, c'est-à-dire qui ne comporte aucun dispositif séparé d'alimentation en mélange comburant-carburant, un mélange de richesse supérieure à la ri-
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ohesse moyenne du mélange emplissant la chambre principale de combustion en combinant à l'utilisation de cette préchambre celle d'une alimentation hétérogène de la chambre principale, c'est-àdire un mode d'alimentation créant dans cette chambre principale au voisinage du ou desdite orifices de la préohambre,
un mélange carburant-comburant de richesse supérieure à la richesse moyenne dans le reste de la chambre principale .
Dans ces conditions la richesse du mélange dans la préchambre est sensiblement la même que celle de la partie du mélange de la chambre principale situé au voisinage du ou des orifices de la préchambre et l'utilisation d'une préchambre, peut paraître inutile, puisque son emploi n'a été préconisé dans l'art antérieur, qu'exclusivement en vue de maintenir au voisinage des électrodes de la bougie un mélange plus riche que celui se trouvant dans la chambre pré@cipale A proximité même de la préchambre .
Il a cependant été observé qu'en opérant dans les conditions de l'invention indiquée ci-dessus l'utilisation d'une préchambre non alimentée directement en mélange combustible, combinée à une alimentation hétérogène de la chambre principale de combustion, pouvait permettra d'abaisser la limite inférieure de richesse moyenne dans l'espace de combustion (chambre + préchambre) permise par la seule alimentation hétérogène, sans la préchambre, c'est-à-dire de faire fonctionner le moteur avec des mélanges globalement plus pauvres qu'en l'absence de la préohambre .
La préchambre utilisée selon l'invention devra être d'un type peu ouvert, les meilleurs résultats étant obtenus lorsque le ou les orifices de cette préohambre offrent une section de passage entre préchambre et chambre principale ne dépassant pas la moitié de la surface de la partie de paroi exté-
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rieure de la préchambre en contact avec les gaz contenus dans la chambre principale .
L'alimentation hétérogène de la chambre principale de combustion dans les conditions de l'invention pourra être avantageusement obtenue en utilisant le procédé décrit dans le brevet n 593.186 sans que l'invention soit pour autant liée à ce procédé particulier d'alimentation hétérogène d'une chambre de combus- tion, indiqué à titre d'exemple non limitatif .
Ce procédé consiste à admettre dans la chambre de combustion d'un moteur deux flux de richesses différentes (le plus pauvre pouvant être constitué par de l'air) par deux canalisations dont les orifices sont simultanément découverts par une même soupape pendant la phase d'aspiration . Selon ce procédé, la canalisation d'admission du mélange le plus riche se termine par une tubulure créant un flux directionnel de ce mélange, orienté vers les électrode de la bougie d'allumage .
Lorsqu'on fera usage, dans la mise en oeuvre de l'invention, du procédé selon le brevet n 593.186, on placera les électrodes de la bougie d'allumage dans une préchambre de faible volume interne comportant au moins un orifice situé sensiblement sur le trajet du flux de mélange riche dirigé vers les électrodes .
Un tel exemple de mise en oeuvre de l'invention sera décrit ci-dessous plus en détail en se référant aux figures annexées où : - la figure 1 représente un mode de réalisation du perfectionnement selon la présente invention, - la figure 2 illustre une variante de ce mode de
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réalisation , - la figure 2 a est une vue partielle suivant la coupe a du dispositif représenté à la figure 2 .
Dans l'exemple de réalieation de l'invention représenté à la figure 1, on utilise pour la création d'une alimentation hétérogène selon le procédé décrit'dansle brevet n 593.186, une soupape conforme à celle décrite dans le brevet n 660.250*
Cette soupape 1.comprend une canalisation intérieure 2, de même axe que la tige de la soupape@ et se prolonge dans la tête de la soupape par une seconde canalisation 3 formant un ooude avec la première et qui est ici sensiblement perpendiculaire à celle-ci .
La canalisation 2 communique avec la canalisation 9 d'amenée du mélange le plus riche par l'intermédiaire des orifices 8 et 10, lorsque le premier est en regard du second, c'est-à-dire uniquement lorsque la soupape est en position d'ouverture .
L'ergot 7 appuyant sur un méplat 6 de la tige de soupape empêche la soupape de tourner .
De cette manière, la canalisation 3 conserve une direction fixe et, dans la position d'ouverture de la soupape dessinée en tirets, alla est, conformément à l'invention, sensiblement dirigée vers l'ouverture 12 de faible diamètre ménagée à la base d'une préchambre 13 de capacité faible par rapport au vo- lume mort du cylindre, et dans laquelle sont logées les élec- trodes4 de la bougie d'allumage 5, cette préchambre étant oy-
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lindrique dans ce mode de réalisation .
Le volume libre de la ohambre 13 autour des électrodes peut être par exemple de l'ordre de 0,7 cm3 pour un volume mort du cylindre de l'ordre de 73 cm3, le diamètre de l'orifice 12 étant d'environ 4 mm, ces valeurs n'étant données, bien entendu, qu'à titre d'exemple .
La surface de la partie de paroi extérieure de la préchambre 13 en contact avec les gaz contenus dans la chambre principale est ici celle de la base de cette préchambre 13 dans laquelle est ménagé l'orifice 12 . Le reste de la paroi extérieure de cette préchambre est en effet englobé dans la culasse du cylindre .
On a cependant constaté expérimentalement que les meilleurs résultats étaient obtenus avec un volume libre intérieur de la chambre 13 n'excédant @@s 10 % du volume mort du cylindre (piston au point mort haut), en particulier inférieur ou égal à 5 % et, par exemple, voisin de 2 % .
La canalisation 11 est la canalisation d'amenée du mélange carburé pauvre ou de l'air .
On pourra éventuellement incliner la canalisation 3 dans la tête de la soupape par rapport au plan perpendioulaire à l'axe de la canalisation 2, comme dans le mode de réalisation représenté à la figure 2 . L'embouchure de la canalisation 3 peut par ailleurs prendre des formes variées comme la forme lien bec de canard" du mode de réalisation selon les figures 2 et 2 a qui donne une veine de mélange riche d'épaisseur plus réduite pour un débit sensiblement identique de ce mélange .
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Le fond de la chambre 13 pourra être plat comme représenté ou être intérieurement conique, tout autre dessin étant bien entendu, possible .
Il pourra y avoir plus d'une ouverture 12 à la base de la chambre 13 .
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la chambre 13 est formée dans une pièce distincte de la bougie 5, celle-ci se vissant suivant le filetage 14, avec interposition du Joint de bougie 16 . La chambre 13 est elle-môme vissée dans la paroi de la culasse , le joint 15 assurant l'étanchéité . Il est bien évident cependant que l'on pourra, sans sortir du cadre de l'invention, utiliser, pour réaliser l'ensemble bougie-préchambre, des bougies spéciales dans lesquelles les électrodes sont ent@@rées d'une chambre de faible volume intérieur et comportant une ou plusieurs ouvertures de faible diamètre ménagées dans sa base .
La préchambre pourra également être constituée par une cavité ménagée dans la culasse elle-même .
Les résultats expérimentaux qui vont être donnés montrent le progrès réalisé selon l'invention par rapport à oe que l'on obtient avec le procédé selon le brevet n 593.186 pris séparément .
Dans cette série d'essais, on a déterminé à chaque fois la limite inférieure de la richesse globale Rgm qu'il était possible d'atteindre, sans que les conditions de fonctionnement deviennent mauvaises .
Pour avoir des essais comparatifs, on s'est fixé une teneur-limite en hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'éohappe-
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ment .
Cette teneur a été déterminée avec un appareil classique très aen- sible connu sous le nom de "détecteur à flamme ionisante" .
Dans un tel détecteur, un débit constant des gaz à , analyser est introduit dans une flamme pilote (flamme d'hydrogène), d'où il résulte un courant d'ionisation recueilli entre deux élec- trodes au contact de la flamme. Préalablement aux essais, on a éta-üi- lonné le détecteur avec un gaz renfermant des quantités variables d'hexane .
La teneur en hydrocarbures des gaz d'échappement est alors exprimée en ppm d'hexane (parties par million) représentant la teneur d'hexane qui produirait le même courant d'ionisation que le mélange dosé .
L'expérimentation a été conduite sur un seul cylindre d'un moteur de série à 4 cylindres fonctionnant à 3000 tr/mn . Les conditions d'alimentation et de fonctionnement de trois des oylin- dres, fonctionnant à pleine admission, étaient maintenues sensible- ment constantes tout au long des expériences .
' Le quatrième cylindre était alimenté en mélange carbu- ré selon le procédé du brevet n 593.186, avec un taux de remplissa- ge très voisin du taux de remplissage à pleine admission lorsque le cylindre est alimenté en mélange carburant de frçon classique (carburation homogène) .
Chaque essai a été effectué en faisant varier dans ce quatrième cylindre la richesse globale du mélange carburé, tout en maintenant constante l'hétérogénéité H de celui-ci, définie com- me étant le rapport de la quantité de carburant (essence) introduite dans la vaine de mélange riche à la quantité totale de carburant con- sommée .
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On a ainsi déterminé quelle était la valeur minima R de gm la richesse globale dû mélange carburé lui permet de maintenir la te-
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neur en hydrocarbures des jaz1 t J. 1 cl1èifJPèfnent. 'dt; 'ce quatrième cylindre à une valeur n'excédant pas celle qui équivaut à 500 ppm d'hexane .
Cette détermination*de Rgm a été effectuée deux fois pour chaque valeur de H : - une première fois, dans les conditions co@ .$pondant à la mise en oeuvre du procédé décrit au trêven 593.186 mais sans utilisation du perfectionnement faisan. l'objet de la présente invention (valeur de R gm donnée dans la colonne a) , - une seconde fois, dans des conditions identiques, mais en utilisant le perfectionnement objet de la présente inven- tion, tel qu'il est représenté à la figure 1 et avec les données numériques indiquées ci-après :volume libre de la préchambre 0,7 cm3 pour un volume mort du cylindre de 73 cm3 et un diamètre de l'orifice 12 de4 mm (valeur de R gm donnée dans la colonne b) .
- TABLEAU
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#.1 # # # #- .H
EMI10.3
<tb>
<tb> H <SEP> 10% <SEP> 20% <SEP> 35% <SEP> 50%
<tb> a <SEP> b <SEP> a <SEP> b <SEP> a <SEP> b <SEP> a <SEP> b
<tb> Rgm <SEP> 0,76 <SEP> 0,74 <SEP> 0,75 <SEP> 0,66 <SEP> 0,71 <SEP> 0,65 <SEP> 0,67 <SEP> 0,64
<tb>
A titre de comparaison, l'alimentation du cylindre en mélange carburant selon un procédé classique de carburation réalisant l'alimentation de la chambre principale de combustion par un mélange carburé homogène ne permet pas, dans les mêmes conditions
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@ que les essais précédents, de diminuer la richesse du mélange carburé au-dessous de 0,80 et, en pratique,le fait d'équiper la bougie d'une chambre de.
faible capacité entourant les électrodes, toujours sans utiliser un procédé d'alimentation hétérogène, ne permet nullement de reculer cette limite .
Le tableau précédent montre l'intérêt du perfectionnement faisant l'objet de la présente invention .