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'Moteur à alimentation stratifiée'
La présente invention est relative à un moteur à combustion interne du type à piston, à mouvement alternatif, avec un système d'alimentation stratifiée qui assure une stratification de 1' alimentation pour une combustion complète du carburant dans le cylindre qui sert de chambre de combustion et, plus précisément, à un moteur à combustion interne du type à cycle Otto pour une mise
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à feu par é tincelle du mélange air-carburant, dans lequel une combustion de l'alimentation stratifiée est réalisée, c'est-à-dire qu'une alimentation stratifiée d'un mélange combustible aisément mis à feu est brûlée au voisinage de la région comprenant la bougie d'allumage.
Les tentatives pour améliorer les moteurs à combustion interne , en particulier ceux à essence. ont visé jusqu'à présent un plus grand débit de puissance et un rendement thermique plus élevé, ainsi qu'une amélioration du mécanisme. En ce qui concerne l'élimination de la portion de l'air due aux émissions d'échappement, les fabricants ont simplement fait confiance à certains accessoires pour la réduction des gaz nocifs.
Toutefois, les émission contenant de l'oxyde de carbone, CO, des hydrocarbures, HC et des oxydes d' azote, NOx, ont augmenté tellement rapidement au cours des dernières années que la limitation et l'élimination de ces substances nocives constituant un danger pour le public ou la production de gaz d'é- chappement plus propres,est devenus un problème d'importance primordiale qui doit être résolu même au prix d'un certain sacrifice dans la puissance fournie, le rendement thermique et d'autres caractéristiques des moteurs.
Comme il est bien connu, il est important dans les chambres de combustion de moteurs à combustion interne que le carburant injecté, qu'il soit sous forme de brouillard ou de vapeur, soit convenable mélangé avec la quantité nécessaire d'air pour une combustion parfaite. Une combustion parfaite dans les moteurs comportant un système perfectionné de stratification de l'alimentation dans les chambres de combustion donnerait des émissions plus propres. Si les moteurs sont de plus équipés de moyens pour purifier l'échappement avec une amélioration quelconque plutôt qu'une perte dans le rendement du moteur, le résultat serait alors encore plus satisfaisant.
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Il est connu que dana les moteurs à essence classiques, les concentrations de tels gaz nocifs peuvent invariablement être réduites à des niveaux bien plus bas en réalisant une bonne combus- tion des mélanges avec des rapports air-carburant suffisamment pau- vres pour la commande des émissions dangereuses.
D'une façon générale, une diminution de l'alimentation en carburant par rapport à une admission d'air dcnnée améliore la consommation de carburant bien que le moteur engendre une puissance inférieure. Avec des rapports air-carburant plus pauvres, toutefois, la consc.nmation de carburant est augmentée et le rendement thermique est affecté de façon perturbatrice à cause des vitesses de combus- tion plus lentes et de plus grades chances d'un défaut d'allumage - dO à des mélanges raréfiés et déviés dans chaque cylindre.
Ainsi, des carburants brûlés sous des rapports air-carburant excessivement pauvres ne produisent qu'un mauvais rendement thermique et un faible débit de puissance et les mélanges pauvres ralentissent la propaga- tion de la flamme, en tant que phénomène physique d'une nature inévitable, L'utilisation d'un rapport air-carburant pauvre entrai- ne par conséquent une chute de la vitesse de combustion, ce qui a son toux/pour résultat l'augmentation de la température d'échappe- ment et donc une possibilité d'endommagement de la soupape d'échap- pement. un cycle de combustion irrégulier, un mauvais fonctionnement du moteur, un débit de puissance insuffisant, une mauvaise accéléra- tion et des difficultés de démarrage.
C'est pour ces raisons que l'on n'a pas envisagé dans le passé l'utilisation de rapports aircarburant pauvres.
Plus récemment, au cours de tentatives pour l'utilisation de rapports air-carburant pauvres, plusieurs propostiens ont été faites concernant le système d'alimentation stratifiéesuivant lesquelles une bougie d'allumage est prévue dans une partie de la chambre de combustion principale ou dans une chambre auxiliaire
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et un mélange gazeux dans la gamme combustible est formé mis à feu et brûlé et, ensuite, la combustion d'un mélange plus pauvre dans le reste ou l'ensemble du cylindre principal est effectuée.
ll est connu que suivant ce système d'alimentation stratifiée, suivant lequel le cteur est amené à fonctionner avec un mélange de carburant relativement riche, maintenu dans la région avoisinant la bougie d'allumage et avec un mélange général pauvre offert dans la totalité de l'espace interne du cylindre (c'est-à-dire avec un excéden d'air) . il devient possible d'améliorer la chaleur spécifique des gaz actifs de façon à 3'approcher plus étroitement d'un cycle pneumatique, d'empêcher la dissociation de la chaleur et de réduire la perte de chaleur par refroidissement vers les éléments ambiants. de telle sorte qu'un rendement thermique amélioré et une plus faible consommation de carburant peuvent être réalisés et.
en outre, étant donne que la combustion est effectuée avec une large alimentation en air, les composants nocifs des émission d' échappement peuvent être nettement réduits.
Toutefois, bien que de nombreuses versions du principe de l'alimentation stratifiée ait été étudiées et développéesjusqu'à présent, aucune d'elles n'a atteint un degré de perfection satisfaisant pour la commande des contenus nocifs des émissions d'4chap- pement, ainsi qu'en ce qui concerne l'utilité dans les applications effectives, à cause d'imperfectionsde conception et de la possibilité de commande, de la complexité et d'autres problèmes de construction, etc.
En particulier, il est en fait très difficile de maintenir un rapport air-carburant supérieur à 15/@ , ce qui correspond (apprcximativement) au rapport de mélange théorique ou @@ entre environ 16/1 et 17/1 ce qui est généralment considéré comme faisable.; dans chaque cylindre du moteur et dans oute la gamme de charge. De plus, plus élevé est le rè@@@rt air-carburant
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et plus lente est la vitesse de combustion et plus élevée est la température d'échappement.
Ceci tend à provoquer des troubles dans le système des soupapes d'échappement, un accroissement de l'irrégularité du processus de combustion, une inégalité dans le fonctionnement du moteur et une apparition fréquente de défauts d'allumage, ce qui entraîne à son tour une difficulté de démarrage et une réduction de l'accélération. Chose pire, le rapport air-carburant dans cette gamme peur¯ augmenter l'émission de NOx jusqu'à un maximum.
Si le rapport de compression est augmenté afin d'obtenir un meilleur rendement, l'émission de Nox augmentera encore plus. Afin de réduire cette dernière possibilité, des tentatives ont été effectuées jusqu'à présent uniquement avec un certain sacrifice dans le rendement du moteur. Un retard apporté au réglage dans le temps de l'allumage est un exemple. Toutefois, ceci entraîne une réduction de la puissance fournie et une augmentation de la température d'échappement.
La remise en circulation d'une partie du gaz d'échappement vers le côté d'admission se révèle efficace, mais réduit à nouveau la puissance disponible et l'utilisation d'un mélange très riche destiné à compenser la perte de puissance conduit à une augmentation de l'émission de CO. Dans l'ensemble, par conséquent, cette approche du problème ne contribue pas à purifier les émissions d'échappement.
La stratification de l'alimentation est bénéfique pour l'amélioration du rendement thermique pour un fonctionnement sous une charge partielle, mais avec ur. moteur devant tourner sous la charge totale, elle n'assure pas une bonne gazéification et un bon mélange du carburant avec l'air de telle sorte que le moteur puisse fournir une puissance suffisamment élevée.
?.fin que le système puisse satisfaire les exigences de moteurs travaillant sous une pieine charge, il est né@essaire d'injecter le carburant rapidement avec une pompe à inj@@tion dans le cylindre alors que
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celui-ci est totalement ouvert et de prévoir des moyens pour ajuster le réglage dans le temps de l'injection, qui soient capables de faire varier le temps de vaporisation et de mélange dans une large gamme.
Il est presque impossible d'empêcher l'émission des composants no- cifs de l'échappement (c'est-à-dire les trois constituants mention- nés précédemment) à partir de la chambre de combustion, malgré ces additions. Parmi d'autres désavantages on peut citer une augmenta- ticn inévitable des frais d'équipement.
Les moteurs à alimentation stratifiée conçus jusqu'à présent non seulement exigent des accessoires onéreux de conception complexe, mais entrainetdes difficultés pour obtenir une stratifi- cation précise et efficace de l'alimentation sous toutes les charges. avec un manque de stabilité dans l'alimentation obtenue et ainsi ils n'ont pu offrir des performances bien comparables à celles des moteurs à combustion interne classiques.
Suivant une version du système d'alimentation stratifiée, un évidement est formé dans le ciel du piston et du carburant y est injecté directement pour sa vaporisation et sa stratification.
Ceci augmente naturellement la charge imposée au piston, rend la commande de la température et donc le refroidissement difficile et peut raccourcir la vie du piston. En outre, le poids supplémentaire qui est inévitablement donné à la pièce à mouvement alternatif à cause de la construction spéciale gêne le fonctionnement à grande vitesse du moteur et rend impossible l'amélioration du rendement:, comme par exemple une augmentation du débit de puissance.
D'autres désavantages comprennent une réduction de l'efficacité du balayage, parce que l'évidement dans le ciel du pistôn sert d'espace mort¯
La présente invention a pour but d'obtenir parfaitement
1 la purification de l'échappement à partir des chambres de combus- tion de moteurs à combustion interne;, de type à piston et mocve- ment alternatif.;, sans permettre l'apparition de composants nocifs NAss émissions et également de permettre une amélioration remar-
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sance fournie par le moteur et d'autres caractéristiques.
Un autre but de l'invention est d'éliminer les désavan- tagesdes systèmes crdinaires à alimentation stratifiêe qui s'opposent à la commercialisation avec succès du principe et de permettre d' arriver avec des moteurs classiques à une stratification de l'ali- mentation mélangée d'une façon stable et positive dans toute la gamme de charge, sans la nécessité d'accessoires spéciaux onéreux quelconque, ainsi que d'arriver à une amélioration de la possibilité de mise à feu, de la combustibilité et de la possibilité de comman- de, tous ces éléments se combinant pour contribuer à l'amélioration du rendement général du moteur, en particulier en ce qui concerne l'amélioration à la fois du rendement et du caractère durable d'un fonctionnement sous pleine charge.
Un autre but est d'offrir un moteur à combustion inter- ne p@@sédant un seul moteur à combustion qui est défini entre le cylindre et le piston et dans lequel du combustible est injec- té directement pour une stratificatior efficace de la charge, de telle sorte qu'un mode de combustion désirable est aisément obtenu en tirant convenablement avantage de la propriété d'autocirculation de l'échappement, sans communiquer un caractère directionnel spécial quelconque à l'air et induire un tourbillon d'air quelconque au- tour de l'axe central du cylindre, et également en utilisant le courant d'air de balayage qui est produit naturellement au cours descourses d'échappement, d'alimentationet de compression du piston,
pour obtenir ainsi d'une façon simple une combustion com- plate du carburant afin de permettre la commande simultanée des trois agents de pollution nocifs qui constituent un danger social.
Un autre but est d'obtenir le fonctionnement dans une large gamme de charges avec un rapport général air-carburant pau- vre grâce à l'obtention d'une stratification de l'alimentation qui ;
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peut être étalée sur- la réte du @@ll@@@@@ @@ice à la force résultante d'un courant d'air touxbillonnant dans la chambre de combustion du cylindre et le déplacement d'un brouillard à partir de l'ajutage de pulvérisation adapté sur la tète du cylindre, en assurant ainsi une stabilité supplémentaire de l'alumentation sans aucune tentative de créer uncourant tourbillonnant spécial quelconque pour la stratification,
mais en injectant le carburant à l'enccntre d'un courant d'air tourbillônnant ayant pour base le courant d'air de balayage du type en boucle et la conservation de sa force vive afin de@former des nuages de forme stratifiée par dispersion, mélange et evaporation et, en même temps, afin d'augmenter la proportion de l'air sur le coté externeet d'augmenter la composition d'échappement sur le côté interne ou concentrique, et afin de maintenir ce rapport et d'effectuer en outre une adaptation de l'alimentation en air au processus de combustion ou, en d'autres mots, afin d'établir une alimentation stratifiée stable en obtenant un mélange riche sur le côté périphérique et un mélange pauvre sur le côté concentrique.
Un autre but est d'offrir un moteur à combustion interne capable de maintenir de bonnes conditions de combustion dars toute la gamme depuis le ralenti jusqu'au fonctionnement en pleine charge grâce à l'injection de carburant à partir d'une position convenable et sous un angle approprié contre le courant d'air de balayage ou un courant d'air tourbillonnant ayant pour base celui -ci, dans le cylindre d'un moteur ordinaire à deux temps sans soupape, en réalisant par conséquent une alimentation stratifiée positive et stable qui peut être étalée sur la surface interne de la tête du cylondre grâce à l'action résultante du courant composé avec l'air tourbillonnant et le mouvement de particules atomisées. et en élar-
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sant la tolérance rutuelle de l'injection et de l'allumage ou mise à feu.
Un autre but est d'offrir un moteur à alimentation stra- tifiée qui élimine le mécanisme de soupape d'un moteur à combustion interne et qui peut aisément prendre de la vitesse sans chasse des soupapes, ce qui est sans cela inévitable, avec pour effet l'évapora- tion et le refroidissement dus à l'injection directe du carburant au cours de la course de compression du piston, tout en réduisant le temps de séjour du mélange dans le cylindre chaud afin d'éviter un échauffement du collecteur d'admission, donc en améliorant l'in- dice dit d'octane mécanique,ce qui permet une augmentation du rap- port de compression jusqu'à un niveau assez élevé, de telle sorte que le moteur peut offrir un rendement parfaitement comparable avec les moteurs classiques en fonctionnement sous pleine charge.
Encore un autre but est d'offrir un moteur du système à alimentation stratifiée dans lequel la mise à feu ou l'allumage et la combustion du mélange de carburant ne sont pas effectués simul- tanément avec l'injection de ce carburant et, malgré la limitation de l'indice d'octane, le carburant est injecté sous un certain an- gle de vilebrequin avant la mise à feu ou l'allumage, en '.laissant du temps pour l'évaporation.
la dispersion et le mélange, c'est-à- dire en utilisant le courant d'air tourbillonnant ayant pour base l'air de balayage dans le cylindre, le combustible est injecté à l'encontre de ce courant à partir d'une position convenable et sous un angle approprié par rapport à lui, afin de former une ali- mentation stratifiée étalée sur la surface interne de la tête du cylindre par l'action composée avec le courant d'air tourbillon- nant, en permettant par conséquent une pleine utilisation de l'air et rendant possible l'élimination d'une limite de fumée, une con- figuration insensible à une mauvaise atomisation.
le temps néces- saire pour l'injection et la mise à feu de carburant, une améliora- tion du caractère durable et de la possibilité de commande,une con-
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tribution à la commande du bruit grâce à 1' omission du mécanisme de soupape et des moyens d'entraînement et de transmission pour celui-ci, tout en obtenant également une amélioration du caractè- re durable et sûr du moteur.
Encore un autre but est d'offrir un moteur à combustion interne de construction simple et compacte dans lequel la masse des particules de carburant atomisées injectées dans la chambre de combustion du moteur est combinée dans des conditions optimum avec le courant d'air de balayage ou le courant d'air tourbillonnant ayant pour base celui-ci, de telle sorte que le mélange contenant les particules de carburant puisse être complètement étalé sur la totalité des coins de la surface interne de la tête du cylindre.
en tirant parti au mieux de l'action de combinaison de la masse des particules avec ledit courant d'air, tandis qu'un prolongement , est formé sur la tête de cylindre en faisant saillie vers le cou- rant d'air de balayage de telle sorte que soit offerte une épaisse couche de délimitation en aval ou afin de produire une zone d'é- coulement turbulent grace à un prélèvement partiel, de telle fa- çon qu'une concentration et une distribution appropriées de l'alimen- tation stratifiée et des conditions d'écoulement gazeux favorables pour la propagation de la flamme puissent être réalisées grâce à la combinaison de l'action du courant d'air avec l'une quelconque ou une combinaison donnée des caractéristiques constituées par l'étalement des particules atomisées, le mélange atomisé et la pro- pagation de la flamme de combustion,
en éliminant par conséquent les inconvénients d'une consommation élevée de carburant et d'une mauvaise souplesse qui ont été observés avec le système de mélange homogène classique, tout en arrivant à des anéliorations remarquables en ce qui concerne une faible consommation de carburant, un débit de puissance élevé et une forte sensibilité.
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Un autre but est d'offrir avec un bas prix de revient. un moteur économique à alimentation stratifiée qui peut être de con. ception sans étranglement avec une tête de cylindre de contour semisphérique pour défibir la chambre de combustion et offrant également un évidement à partir de la surface de paroi interne pour empêcher une dispersion constituant un gaspillage des particules de carburant atomisées, avec la stratification de l'alimentation obtenue grâce aux déplacements combinés du carburant avec le courant d'air de balayage ou un courant d'air tourbillonnant ayant pour base celui-ci, tout en étant conçu de façon à servir' de section d'évaporation pour assurer de bonnes possibilités de mise en route, le moteur étant équipé d'un piston qui est léger et destiné à un fonctionnement à grande vitesse ,
de telle sorte qu'il puisse combiner les caractéristiques précédentes avec un rendement thermique amélioré ou une meilleure pression efficace moyenne afin de contribuer à une augmentation de la puissance spécifique du moteur.
Pour atteindre les buts précités,la présente invention offre essentiellement un moteur à combustion interne du système à alimentation stratifiée qui comprend un piston à mouvement alternatif, un cylindre offrant une lumière d'échappement et une lumière de balayage destinées à être ouvertes ou fermées par le déplacement du piston, et un ajutage d'injection prévu dans la tête du cylindre pour fournir le carburant dans le cylindre,de telle sorte que la pulvérisation provenant de l'ajutage d'injection monté dans la tête de cylindre soit dirigée vers la surface interne de ladite tête de cylindre à l'encontre ou dans un courant tourbillonnant d'air frais afin d'offrir une action combinée pour la stratification du mélange combustible le long de la surface de la paroi du cylindre.
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aractéristi<rue ---7portante de la présente invention est d'offrir un ;<re.= i O!':".b'.l5::::'O ¯ner^e ;6pondant au ?'/stème <3'alime;tatiJn 3ai:iqu1 as-: co::ç pour ur. balayage ai boucle ou croisé , :=n=or=àn; i.tg C":":""..5 j=.>r diriger '-:ne masse .::e par- ¯irles finernen- >tJris4-;1 \1e <;r'au=ant tiriide ou zon ;et de car- burant gazeux irlecté à partir d'un a;;tage d'i.n;ection de car- burant stonté a3 la ::e de cylindre conscituant une chambre de combustion, dans le courant d'air de balayage ou un courant d'air tourbillonnant basé sur celui-ci ou les deux dans le cylindre et
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afin d'étaler, '3ce à 'action ccr:.m^ée, les fines rt1cu:es ou le
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mélange gazeux 5;r#é j vapc3tin a-: une forme 'stratifiée sur la surface interne de -- -3*-!* de c::
1 i^dre, pour une ruse à eu ou un allumage uitérieux
Une autre cractéristie importante est le fait de prévoir un moteur à combustion interne du type à piston à mou- vement alternatif, fonctionnant suivant le système à injection directe, dans lequel une chambre de combustion est définie entre la tête d'un cylindre recevant un piston et la tête du piston et un écoulement de giclement formé par la surface interne de la tête du cylindre et la surface supérieure de la tète du pis- ton est superposé et combiné arec le courant d'air de balayage ou un courant d'air tourbillonnant basé sur celui-ci dans le cylindre, de telle sorte que le mélange gazeux de fines particu- les de carburant injecté et le gaz formé par son évaporation peut être dispersé, raréfié ou concentré,
ou bien le courant d'air
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reçoit un écoulaient ou '-mo! t::rb=:lenc= localisée, afin: obtenir ainsi un état déJ1=é J'ç:lime:'1t.ri ;=¯ati fiée convenable pour la combustion.
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Une autre caractéristique de l'invention est que le moteur à combustion interne du type à balayage circulaire ou croisé prévu comprend des moyess pour diriger la masse de fines particules injectées provenant de l'ajutage d'injection de carburant dans la tête du cylindra versune cavité formée dans cet te tête de cylindre. en dispersant ainsi la masse de particules avant qu'elles ne soient introduites et mélangées dans le courant d'air de balayage ou le courant d'air tourbillonnant basé sur celui-ci ou les deux, dans le cylindre, de telle sorte qu'un mélange de combustible puisse être stratifié @élangé le long de la paroi du cylindre.
Une autre caractéristique de l'invention est que, dans le moteur prévu possédant un ajutage d'injection dans la tête de cylindre pour la fourniture du carburant dans le cylindre, cette tête de cylindre possède une surface de paroi interne avec ub contour incurvé, par exemple avec une section semi-sphérique, et on forme en outre une cavité dans la surface interne déjà incurvée.
des moyens étant prévus pour permettre une injection directe de carburant à partir de l'ajutage d'injection dans la direction de la cavité afin d'éviter une dispersion anti-économique des particules de carburant atomisées et réaliser la dispersion et le mélange du carburant avec l'air dans cette région, ainsi que de stratifier le mélange combustible dans la chambre de combustion grâce à l'une ou à une combinaison donnée des opérations de dispersion et de mélange, de stabilisation stratifiée et de transport des particules de carburant par le ccarant d'air de balayage ou un courant d'air tourbillonnant produit par le piston à mouvement alternatif dans le cylindre, pour brûler ensuite le mélange à l'état stratifié, ce qui perment ainsi une combustion totale.
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Suivant la présente invention, le carburant fourni au moteur est déjà étalé dans la région de la tête du cylindre et éven- tuellement entraîné par le courant principal d'ar tourbillonnant E- tant donné que le courant principal possède un champ de force cen- trifuge. le carburait est déplacé sous l'action combinée de la force centrifutge et de '.ci turbulence. ?ar conséquent, le courant induit d'écoulement d'air localisé accompagnant l'injection de la masse de fines particules de carburant atomisées contribue également efficacement aux actions d'étalement et de turbulence.
De plus, les fines particules injectées à partir de l'ajutage sont exposées au courant d'air s'écoulant sous une relativement grande vitesse, ce qui se combine avec l'augmentation progressive de la température de l'air due à la progression de la course de compression pour donner un bon mélange de carburant et d'air.Ce mélange circule sur le tourbillon dans le cylindre et est stratifié avec des concentra- tions telles que le mélange soit relativement uniforme le long de la surface de paroi interne de la tète de cylindre mais devienne-- progressivement plus pauvre en s'écartant de la surface de la tête du cylindre. La stratification de l'alimentation est ainsi réalisée efficacement et positivemnet, cequei procure une remarquablement bonne capacité d'adaptation à l'air aspiré dans le moteur.
En ce qui con- cerne la région à l'extérieur du courant d'air de balayage, comme par exemple la région voisine du cylindre, un bon degré de balayage est obtenu au voisinage +médiat de la surface de paroi intenne de la tète, tandis que ce degré diminue vers le centre du cylindre où une quantité accrue de constituants gazeux résiduels de la cour- se précédente subsiste.Lorsqu'une stratification de l'alimentat@en est réalisée de façon à former un mélange riche dans la région du courant à l'extérieur)principal du tourbillon, la composition d'alimenta- tion est stable et l'alimentation en air est bien équilibrée avec ]a consommation d'air.
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De même, il est possible suivant l'invention que le mélange combustible soit étalé de façon stable sur une région éten- due de la surface de la paroi interne de la tête de cylindre et le mélange est alors maintenu pendant une relativement longue pé- riode dans l'espace de la cavité, la possibilité de modification de l'angle d'étincelle par rapport au réglage de l'injection du carburant étant alors rend* suffisamment importante pour permettre une sélection relativement libre du réglage dans le temps de l'étin- celle indépendamment du réglage dans le temps de l'injection Cette tendance devient plus prononcée avec l'élévation de température de la tête.
Les particules de carburant injectées à partir de l'orifice de l'ajutage à injection sont étalées et évaporas alors qu'elles s'approchent de la surface de paroi interne de la tête, à l'exception des conditions régnant tout au début et. dans son ensemble, la vites- se de tourbillonnement à l'intérieur du cylindre est convenable- ment ralentie pour permettre une stratification de l'alimentation permettant de réaliser aisément une intensité et une richesse dé- sirées.
Le mélange air-carburant contenant des particules de carburant injectées et le carburant évaporé à partir de la surface de paroi interne du cylindre s'étalent bien jusque dans tous les recoins de l'espace de combustion et à partir de la surface des par- ticules et les densités des particules ainsi que les mélanges par unité de volume n'atteignent pas des valeurs fort élevées. Des fac- teurs se combinent pour exclure la possibilité d'un défaut d'alluma- ge dû à une concentration trop élevée autour de la bougiE lors de l'introduction d'un excès de carburant.
Même avec un fonctionne- ment sous une charge partielle et avec une =aible injection de car- burant, un rapport air-carburant suffisant st maintenu dans la zone d'allumage de la combustion afin d'exclure un défaut d'alluma- ge, un retard de combustion ou un autre trouble avec un mélange qénéral assez pauvre.
Le fait qu'une bonne combustion est ainsi
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charge totale et en >3==;ce;li== -'1U'C '.in cnc tirJ1e",e.'l s1-; une clair ge partielle et oei e;c4à=nt .j' a:¯:.e:-, ::.tiC4 en air, orfre des avantages pratiques ::-.;:)r:ne3 oared ':r-c;! ,.::':;cr des mcT:1..:.rs d'automobiles. la consommation 3ci=.:.cr en caxbarant dans la région de charge partielle ou les voitures sont en général amenées à fonctionner est fortement améliorée et, de plus. une p-. ication des ga.: d'échappement est obtenue positivement afin de résoudre le problème des dangers dus aux émission poluant l'air , d'une façon aisée et sans faire appel à des accessoires supplémentaires complexes et onéreux dans ce but.
De plus, l'injection directe du carburant offre une accélération puissante, une bonne répartition du carburant et une possibilité d'adaptation à un rendement sous un débit aisé.
Suivant la présente invention, le carburant peut être aisément mis à feu soit par la masse de fines particules atomisées du carburant injecté , soie par le mélange gazeux constitué principalement par la vapeur provenant du carburant atomisé et de la pellicule liquide déposée sur la surface de paroi interne du cylindre, ou grâce au mélange des deux. La flamme d'allumage favorise fortement la poursuite de l'évaporation. Après la mise à feu ou l'allumage, le gaz de combustion qui est léger s'écoule naturellement vers le centre du courant principal de tourbillonnement et il est rempla- cé par de l'air frais, qi participe à son tour.à la formation d'un mélange et à la combustion ultérieure.
Avec un tel mécanisme de combustion, il est possible de réaliser l'injection de carburant avec une pression assez élevée afin que l'allumage et la combustion
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sojstprincipalement amorcés par la masse de fines particules atomisées au moment du démarrage et immédiatement après le démarrage lorsque la température du cylindre est basse, et de diminuer la pression d'injection lors de l'augmentation de la température du cylindre
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a un niveau'convenable, ce qui réduit par conséquent la charge imposé= à la pompe d'injection, tout en permettant ensuite au mé- '.ange de carburant vaporisé et d'air de reprendre la tache d'allumage et de combustion à partir de la masse de fines particules a- tomisées,
afin d'assurer une combustion et un fonctionnement satisfaisants
Dans le mécanisme de combustion suivant la présente invention, la vitesse et la température la plus élevée de la combustion peuvent être commandées en partie parce que le mélange contient une certaine quantité de gaz résiduel (c'est-à-dire du gaz inactif) déjà brûlé au cours de la course précédente et en partie parce que le gaz résiduel est réparti de façon plus dense dans la zone centrale que dans la partie nestante.Par conséquent, la vitesse d'augmentation de pression peut être maintenue à une plus faible valeur que dans les moteurs à quatre temps classiques qui brûlent des mélanges homogènes et la pression maximum à l'intérieur du cylindre peut également être réduite de façon à procurer un moteur plus léger.
Il est en outre possible de réduire au minimum le bruit produit et par conséquent d'arriver à un fonctionnement' plus tranquille du moteur. '-'agencement contribue dans une large mesure à la commande de l'émission de NOx , qui est une source de danger pour le public. Etant donné que le carburant est fourni par injection directe dans le cylindre et que le temps de séjour dans ce cylindre sous la forme de mélange non brûlé est réduit, la propriété anticliquetis du carburant est renforcée-De plus, étant donné qu'il n'y a pas de soupape d'échappement et d'autres organes pouvant servir de source de chaleur, par exemple au voisinage de la tête du cylindre et étant donné que la chambre de combustion a une forme semi-sphérique qui est compacte et proche d'une configuration idéale,
l'indice d'octane mécanique du carburart
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est augmenta et on obtient une efficacité thermique améliorée à cause d'une augmentation du rapport de compression. La vitesse d'augmentation de pression modérée et la relativement basse pres- ,sion maximum permet l'atilisation de pièces mobiles de poids réduit et un fonctionnement tranquille à grande vitesse, ce qui rend par conséquent possible l'espérance d'une augmentation de la puissance spécifique du moteur.
Suivant l'invention, la combustion est obtenue à l'aide de particules et d'un mélange étalé; sur toute la région le long de la surface de paroi interne de la tête de cylindre et. par conséquent, la charge thermique imposée au moteur est lourde pour la tête de cylindre et relativement légère pour le piston, la pièce mobile. Ceci est hautement bénéfique en ce qui concerne le refroidissement du piston et pour la lubrification de la surface glissante du piston par rapport à la paroi l'entourant du cylindre.
D'un autre côté, la tête stationnaire qui est soumise à une forte charge therjique peut être refroidie relativement facilement à partir de l'extérieur et ainsi la commande de température est rendue aisée. Le temps largement accordé pour le réglage de 'allu- mage dans le temps entraîne une alimentation stratifiée stable et utile en pratique, tout en permettant @e fonctionnement avec un rapport total air-carburant, pauvre.
Avec les qualités qui précédât le moteur peut se dispenser d'un étrangleur ou papillon avec des avantages remarquables quant à l'efficacité thermique améliorée et la réduction des teneurs nocives dans les émissions d'échappement lors du fonctionnement sous une charge partielle-
Bien que l'excédentd'air utilisé suivant l'invention réduise la température de combustion, il améliore d'un autre côté
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le rapport 'thermique spécifique du gaz actif. -réduit- la perte -de - - chaleur par refroidissement vers l'extérieur et réduit la dissocia- tion thermique à la combustion. Ceci conduit à une amélioration du rendement thermique et à une forte réduction du pourcentage d' oxyde de carbone. CO dans l'échappement à cause de l'excédent d'air.
En outre, la présence d'un excédent d'air, l'absence de possibilité de dispersion anti-économique des particules de carburant et la stratification stable de l'alimentation se combinat pour éviter l'extension de la zone dans laquelle le mélange devient trop pauvre pour brûler. ceci réduit à son tour dans une mesure appréciable l'émission d'hydrocarbures, HC. dans l'échappement à cause d'une combustion incomplète, maintient la température de combustion à un faible niveau et conserve la température de combustion et la pression maximum pendant la combustion à des niveaux modérés avec un rapport air-carburant généralement suffisamment pauvre pour tomber dans la zone de défaut d'allumage.
A cause de la propriété d'autocirculation de l'échappement qui est propre au gaz inactif et également à cause du fait que le facteur de distribution dans le dessin d'écoulement d'échappement est élevé dans la région centrale de la chambre de combustion, la production des oxydes d'azote, NOx (en particulier dans la zone à haute température au centre de la chambre de combustion peut être réduite convenablement.
Il convient particulièrement de remarquer que, dans le mo¯ teur suivant la présente invention, la température de combustion dans la région centrale de la chambre de combustion est efficacement maintenue à une faible valeur à cause du pourcentage relativement élevé de gaz résiduel ayant déjà brûlé au cours de la course précédente dans la région centrale du cylindre et par conséquent une purification générale de l'échappement est rendu*possible sans une réduction en résultant de la puissance du moteur.
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Ainsi, un moteur à combustion ==ie=n-; 4e ¯¯...=..¯or¯ générale du ee deux temps, dans lequel ?e.; . z.'-- -- s ,. "ent alternatif n'ont: aucun poids supplément3i=,: W 3:;:- ':;>'.1.-:-¯:::,:: légères pour m1n fonctionnement à grande vit53e cor.yr:;2-c,ar n3équent 1 3-oéliorer la pression efficace :moye#ne c 1 .?;.qp=enra=ion de la puissance spécifique du moteur, peut être offert 3VC une construction simplifiée et à
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un bas prix de revient.
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Etant donné qu<3 le oteur suivant l'invention dépend uniquenent de la combustion dans une chambre de combustion principale de conception simple, il est exempt de la complexité des moteurs à ali-entation stratifiée ordinairaséquipésd'une chambre auxiliaire. 1. pe'jt se passer des passages de ccrcnunication actuel s ¯ qui entraînant des pertes t:eriç^es supplémentaires et il offn une moins'grande sU?erficie ::'ale de surface de pa >i. Le moteur suivant l'i:1'.1<1.:::):; :;e e , = =d ,; 1 ';cu; lz=1a 1 t d ; ¯.....¯.:.s =-¯on souvent propre {iX ';:-'-;'::;:.-::>3': .--:'-.>';- :.-. iu # .1-.-... .. ¯ ¯¯ la :r.ê.."e r aison, 1 : .-:-'.( -ci le "^'3'. ¯ :: ...:. 'C. ..¯¯ :- 1-,il#. r:'-F tel. -qu'ils sont 8=4jà<#1- . - ; 5r'; "-' 2 1- 7 * 3 c:: js# définies par des pis-' 7. f=:n; n- - ; ,a ;;. - ::'"1", t. ?3 =-Jns4quelt, il n'exists ¯ ¯¯¯ ,,-:P.J,.
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améliorés- L'injection de carburant n'est pas dirigée vers la face coulissante du cylindre ni vers le piston.
mais elle est temporaire- Tient retenue dans la cavité où elle n'est pas directement exposée au courant d'air pr@@c@pal et ainsi les particules injectées sont atomisées en des particules 'minuscules. Par conséquent, les par- ticules atomisées dans un état convenablement stratifié sont em- portées par le courant principal sous l'action combinée avec le cou- rant d'air de balayage ou un courant d'air tourbillonnant basé sur ce dernier cu encore un courant d'air qui est superposé à celui-ci.
De la sorte, la stratification est réalisée de façon stable. Il n'y a pas de possibilité que les particules atomisées soient projetées directement contre la surface de paroi coulissante du cylindre et ainsi les troubles qui sont souvent rencontrés sur la surface lu- brifiée à cause d'une injection de carburant directe dans le cylindre comme dans les moteurs classiques peuvent être évités. En outre, il est possible d'omettre l'étrangleur pour l'admission d'air avec un moteur à alimentation stratifiée ou,même si l'étrangleur est prévu, la dépendance vis-à-vis de celui-ci peut être remarquablement réduite. Cette caractéristique peut être complètement exploitée d'un peint de vue différent.
Par exemple, dans un moteur du type à com- pression dans le carter,les travaux d'aspiration et de compression dans le carter peuvent toujours être maintenus au-dessus de certai- que nes valeurs quelles/soient les conditions de fonctionnement. Si néces- saire, en coupant l'injection de carburant au cours de la* décéléxation
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a= en augm.,t3nt le travail de compression dans le carter en Ju- 1 varant l'étrangleur d'air, il est possible d'obtenir l'effet d'un
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Suivant la présente invention, un courant d'air tour- billonnant ayant pour base -'air de balayage dans le cylindre d'un moteur ordinaire à deux temps sans soupape:
est utilise et le carburant est in@ecte à d'encontre cu suivant le sens du tourbillon à partir d'une position convenable et sous en angle approprié par rapport à cetui-ci et, Tracs à l'action combinée avec le curant d'air tourbillonnant, le -élance est etale le long de la surface irte rne de la tête du cylindre pour arriver à une stratification de l'alimentation, Ce faisant, il est possible d'utiliser non seulement de l'essence.
mais également des carburants de qualité inférieure tels que le kérosène et l'huile légère ainsi que des carburants gazeux tels que le propane, en fonction du mécanisme de combustion et du déroulement du processus de mélange- Ce système peut être appliqué tout aussi efficacement à des moteurs à quatre temps qui ont le comporte-.lent de balayage de moteurs à deux temps Il n'est pas nécessaire d'avoir des moyens d'ajustage pour maintenir le rapport de mélange de l'admission d'air constant comme ceci est néssaire dans les moteurs classiques¯ Le carburant seul peut être réglé indépendamment de l'alimentation en air, tandis que l'admission d'air est maintenue ouverte et la possibilité de commande est simplifiée.
Etant donné que le carburant est injecté directement dans le cylindrer au lieu d'être fourni à l'admission d'aspiration du moteur comme il est courant, il n'y a pas de possibilité de reduire l'efficacité du volume aspiré du moteur et des combustibles gazeux peuvent étre @tilisés sans réduction de la puissance fournie par comparaison avec des carburants liqu4des. En outre la période pendant 'Laquelle le carburant reste en tant que mélange non brûlé dans le cylindre est réduite et @eci couplé ave la propriété antidiquetis elevée par nature du gaz LPG. assure un rendement thermique amelioré dû à l'augmentation du rapport:
de compression et rend possible l'espérance d'une augmentation de la puissance fournie.
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En outre, suivant la présente invention, les fines particules atomisées de carburant: injecté ou un mélange sous forme de brouillard de la vapeur de celui-ci¯ est mis à feu et. par conséquent, le moteur qui n'es pas encore suffisamment: échauffé ou qui est encore froid peut être ;ni en route sans difficulté. Par conséquent, le moteur convient cour le démarrage à froid et il offre un bon processus d'allumage et de combustion dans n'importe quelle condition de charge.
Le mode de combustion est dans la pupart des cas tel que la propagation de la flarmme du mélange vaporisé est combinée avec l'étalement et la combustion de fines particules de carburant et, par conséquent, la vitesse d'augmentation de la pression est relativement basse et on peut obtenir un moteur à combustion interne silencieux avec lequel un bruit de fonctionnement minimum peut être obtenu.
Dans le cylindre du moteur, l'alimentation stratifiée stable est offerte dans des conditions optimum et, par conséquent, il n'existe aucun rapport critique entre l'injection du carburant et le courant d'air de balayage, tandis que de larges facilités sont offertes pour l'angle de vilebrequin sur la gamme depuis le voisinage du point mort inférieur du piston jusqu'à la course de compression. Il en est de même de l'injection du carburant par rapport au réglage dans le temps de l'allumage.
Par exemple, tandis que l'angle d'amorçage de l'injection du carburant est modifié depuis 1400 avant le point mort supérieur jusqu'à 80 en .'vant de ce même point mort, c'est-à-dire sur une gamme de 60 en fonction de l'angle de vilebrequin, le réglage dans le temps de l'allumage peut être modifié indépendam@@nt de ceci et l'allumage ainsi que le fonctionnement sont rendus possibles sans aucune conséquence indésirable sur une gamme depuis environ 40 en avant du point mort supérieur jusqu'à un point au -delà de ce peint mort, bien que ceci s'accompagne de certaines flu@tuations dans la ures- -
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..flffi et la pression efficace tnoyenne ' (ceci a co1fir-
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du carburant et-l'allumage peuvent @être commandés indépendamment n' l'un de l'autre dans une très large mesure. Il/exista pas de li- mite imposée par des rapports critiques difficiles à ajuster entre les trois exigences concennant le tourbillonnement de l'air, 1 injection du carburant et l'allumage, comme on l'observe avec les moteurs classiques à alimentation tratifiée. En ce sens, le moteur peut être traité pratiquement comme un moteur à combustion interne du type à allumage électrique et, en outre, il peut être amené à fonctionner rationnellement en modifiant les facteurs précités dans des gammes étendues.
Suivant la présente invention, les fonctionnements avec un excédent d'air, en particulier avec des rapports air-carburant très pauvres , sont possibles sans trouble. C'est pour cette raison qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un ajustage de l'étrangleur d'air dans la gamme de charge partielle ou, s'il y en a un, la dépendance vis--vis de cet ajustage est réduite.
Ceci sert également à améliorer le rendement thermique et réduit les teneurs nocives dans l'échappement lors du -fonctionnement ou d'une charge partielle. Dans la large gamme de charge depuis l'absence de charge jusqu'à une charge moyenne, le taux de consommation de carburant du moteur suivant l'invention est proche de celui des moteurs Liesel couramment utilisés.Dans des conditions de pleine charge, le moteur suivant l'invention peut offrir la tendance à la consommation de carburant ordinaire des moteurs à essence. Ainsi, une remarquable amélioration du rendement est possible pour un moteur à essence utilisant un système d'allumage à étincelle.
En tant que moteur automobile, par exemple, le moteur suivant l'invention peut offrir non seulement des caractéristiques de fonctionnement sans à coup avec la puissance spécifique propre au moteur à essence, ixais également l'économie de
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carburant et 1:1 purification d'échappement presqu'aussi satisfaisante n' pu'avec les moteurs Diesel existants, tout en/offrant cependant pas la caractéristique de fumée de ces derniers.
En outre, la présente invention offre un moteur capable d'atteindre encore plus une stratification d'alimentation stabili- sée, en élargissant la gamme des tolérances mutuelles de l'injec- tion de carburant et de l'allumage, en établissant un fonctionnement et un rendement stables et favorables du moteur tout en assurant encore la réalisation d'émissions d'échappement propres. Etant don- né que l'alimentation ainsi stratifiée est telle que le mélange soit plus riche et la densité par unité de volume du mélange plus grande au voisinage de la région périphérique, l'équilibre entre l'alimentation en carburant et l'admission d'air et naturellement maintenue de façon favorable. Le processus des mouvements est sta- bilisé et l'écoulement du mélange est relativement modéré au voi- sinage de la bougie d'allumage.
Il n'y a pas de possibilité que la flamme s'éteigne. En outre, à cause du contour généralement idéal de la chambre de combustion, la fluctuation du cycle de combustion est limitée¯Tout ceci conduit à l'avantage net d'une matérialisa- tion positive d'une amélioration du rendement et d'une réduction des hydrocarbures imbrQlés dans l'échappement.
Etant donné que l'alimentation stratifiée est formée dans la chambre de combustion du moteur et que le processus de combustion ne fait pas appel au réglage instantané dans le temps de l'injection du carburant et del'allumage par rapport au tour- billon d'air comme dans les moteurs classiques à alimentation stratifiée, une très large tolérance est offerte quant au réglage dans le temps de l'injection du carburant et de l'allumage sui- vant la présente invention. Par conséquent, le réglage dans le temps pour l'injection du carburant et sa mise à feu peut être fixé librement et indépendamment l'un de l'autre dans une très large mesure.
Par exemple,il est possible de fixer le réglage dans le temps de l'injection de carburant et de modifier l'
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angle d'avance de l'allumage uniquement. Ceci élimine le caractère délicat de la commande dans les moteurs ordinaires à alimentation stratifiée.
Pour la mise en oeuvre pratique de la présente invention. la large tolérance entre l'injection de carburant et lallulage et la formation du courant d'air offre également un assez haut degré de souplesse vis-à-vis de conditions d'injection inadéquates, comme par exemple lors d'un encrassement de l'ajutage d'injection pour l'alimentation en carburant. Ainsi, une détérioration mineure des conditions d'injection ne peut pas avoir un effet gênant appré- ciable sur le rendement et ceci constitue un autre facteur qui contribue à la meilleure fiabilité du moteur.
Il en résulte que le réglage dans le temps pour l'amorçage de l'injection de car- burant peut être totalement avancé et que l'angle de vilebrequin effectif pour l'injection, peut être augmenté, en formant par consé- quebt un mélange approprié sans aucune interruption dans le cou- rant d'air principal pour l'écoulement turbulent dans le cylindre.
On rend possible des fonctionnements avec la vitesse d'utilisation de l'air à l'intérieur du cylindre dans des conditions de pleine charge accrues jusqu'à l'extrême limite et avec le rapport air- carburant augmenté jusqu'à l'excès dans la totalité de l'espace de la chambre de combustion, avec un état pratiquement exempt de -4-ruinée et sans aucune perturbation. Il n'y a pas de possibilité que le fonctionnement soit limité par l'échappement et la fumée avant que le mélange à l'intérieur du cylindre ne devienne complètement exces- sivement riche. Ainsi, le moteur suivant l'invention est avantageux en pratique en ce sens qu'il peut fonctionner avec des rapports excessivement riches entre l'air et le carburant dans des conditions aussi de pleine charge, d'une façon / satisfaisante que les moteurs
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classiques.
Il doit être évident que des moyens efficaces pour la purification des émissions d'échappement, l'amélioration du ren- dement du moteur et pour la simplification et l'allongement de la vie des pièces constituantes peuvent être incorporés, lorsqu'il semble convenable, dans la construction.
D'autres détails et particularités de l'invention res- sortiront de la description ci-après,s'appliquant particulièrement à un moteur à deux temps du type à soupape et piston ,avec le sys- tème de balayage Schnuerle,à titre d'exemple non limitatif et en , se référant aux dessins, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un moteur à combustion interne suivant la présente invention- -
Les figures 2 et 3 sont des vues à grande échelle et partiellement en coupe du moteur de la figure 1-
Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques illustrant principalement les parcours de mouvemet des particules ou des fines gouttelettes du carburant injecté.
Les figures 6 et 7 représentent des trajectoires des gouttelettes de carburant telles que développées le long de la sur- face de paroi interne de la tête de cylindre et tel qu'observé à la tête de piston.
La figure 8 est une vue schématique du rapport existant entre la tête de cylindre et .Le courant d'air principal l'intérieur du cylindre.
La figure 9 est une vue en élévation schématique repré- sentant une autre forme de courant injecté à partir d'un ajutage d'injection.
La figure 10 est une vue en plan schématique suivant la ligne I-I de la figure 9.
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La figure 11 est une vue en pian schématique d'une autre forme de réalisation suivant la ligne 1-1 de la figure 9.
La figure 12 est une vue en élévation latérale et en coupe d'encore une autre forme de mécanisme comportant des éléments essentiels pour l'obtention d'une alimentation stratifiée.
La figure 13 est une vue en élévation latérale illustrant principlement les parcours de déplacement des gouttelettes de carburant injecté à la figure 12.
La figure 14 est une vue en plan illustrant les trajectoires des particules de carburant à la figure 12.
La figure 15 est une vue en élévation latérale et en coupe comportant une autre forme d'ajutage d'injection de carburant.
La figure 16 est une vue en élévation latérale illustrait, principalement les parcours de déplacement des gouttelettes de carburant injecté, .
La figure 17 est une vue en plan correspondant à la figure 16.
La figure 18 est une vue en élévation latérale et en coupe d'une autre forme de tête de cylindre,comportant des pièces essentielles pour la formation de la charge stratifiée.
La figure 19 est une vue en coupe suivant la ligne IIeII ,de la figure 18.
Les figures 20 et 21 sont des vues schématiques illustrant les parcours de déplacement des gouttelettes de carburant à la figure 18, la figure 20 étant une vue en élévation latérale et la figure 21 une vue en plan.
La figure 22 est une vue en coupe d'encore une autre forme de mécanisme comportabt des pièces essentielles xur la for- mation de l'alimentation stratifiée.
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La figure 23 est une vue en coupe suivant la ligne III-II de la figure 22.
Les figures 24 et 25 sont des vues schématiques illustrait les parcours de déplacement des gouttelettes de carburant illus- trées à la figure 22. la figure 24 étant une vue en élévation laté- rale et la figure 25 une vue en plan.
Une caractéristique essentielle de la présente invention réside dans le fait que l'injection de carburant peut être effectuée soit à l'encontre soit suivant le sens du courant 'd'air principal dans le cylindre du moteur sans aucun effet perturbateur, de telle sorte que l'alimentation stratifiée réalisée par le courant d'air principal est disponible largement à temps pour l'allumage et que, en particulier, le contour de la tête de cylindre, la construction et l'emplacement de l'ajutage d'injection de carburant et d'autres facteurs se combinent dans des conditions optimum afin de permettre aux gouttelettes de carburant injectées d'être étalées et évaporées, sauf au tout début de l'injection,
alors qu'elle s'approche de la surface de paroi interne de la tète de cylindre-
Une autre caractéristique tout aussi importante est qu'un évidement ou une cavité est prévue dans la tète de cylindre de telle sorte que les gouttelettes étalées de carburant injecté dans le cylindre du moteur ne sont pas exposées directement au courant d'air principal dans le cylindre mais sont retenues temporairement dans la cavité de telle sorte qu'elles puissent être réubies en une masse formant un brouillard constitué par une grande quantité des fines particules et cette masse peut être ultérieurement entraînée par le courant d'air principal en tant que mélange de combustible.
En se référant aux figur@s 1 à 8, un piston à mouvement alternatif 1 est connecté à une tige de piston 13 dans un
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carter 12 et il est loge dans un cylindre 4 qui est formé avec une lumière d'échappement 2 et une lumière de balayage 3, toutes deux destinées à être ouvertes et fermées par le mouvement du piston 1.
La tête du cylindre 4 possède une paroi interne semi-sphérique et est formée avec une cavité 6 de plus petit rayon et est plus profonde que le contour semi-sphérique. A travers la surface de paroi interne de cette cavité 6 est prévu un ajutage d'injection 7 destiné à four= nir le carburant au cylindre 4.
De fines gouttelettes de carburant fournies à partir de l'ajutage d'injection 7 sont dirigées de facon à s'écouler le long de la surface de la paroi interne de la paroi interne de la cavité 6, de telle sorte que le courant de carburant puisse être introduit à 1'encontre cu suivant le sens d'un courant d'air tourbillonnant S d'a:r frais fourni dans le cylindre 4 et que l'action résultante peut tratifier le mélange combustible le long de la surfaee de la paroi du cylindre 4.
La cavité formée dans la tête de cylindre 5 reçoit la forme d'une semi-sphère, d'un secteur ou une autre configuration efficace pour la stratification de l'alimentation. La surfacee la paroi dans le sens d'injection de l'ajutage d'injection 7 prévue dans cette partie est façonnée de telle sorte qu'une partie de bord frontale 8 qui constitue une délimitation entre la tête 5 et la cavité 6 soit connectée à une partie de paroi inclinée 9 et l'extrémité opposée de la partie de paroi 9 est incurvée de façon uniforme et prolongée par une partie supérieure plane ou incurvée 10. Tel qu'observé à partir du sommet, la par tie marginale frontale 8 est formée en tant que cercle: concentrique avec le cylindre 4.
La cavité 6 est également équipée d'une bougie d'allumage 11 au voisinage du centre et l'ajutage d'injection 7 le long de la bougie se trouva dans une position convenable et sous un angle appropria par rapport à elle.
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L'ajutage d'injection 7 est muni d'un orifice d'ajutage
7' sur un coté du bout qui est destiné à injecter du carburait vers un courant d'air tourbillonnant S qui a pour base le balayage du cylindre 4, sous un certain angle de divergence de pulvérisation.
Bien que la zone d'injection dirigée se situe au-delà de la bougie d'allumage Il dans la partie supérieure 10 de la cavité 6, elle se trouver encore le long de la surface de paroi interne au voisinage de la bougie (figure 2). Cette surface de paroi interne a une forme convenable pour qu'un courant d'air localisé approprié puisse être produit dans ia cavité 6.
Au contraire, à la figure 3, l'ajutage d'injection 7 est situé en amont de la bougie d'allumage 11 par rapport au cou- rant tourbillonnant S et le courant de carburant injecté par l'a- jutag: d'injection 7 est dirigé vers l'aval, de façon à circu- ler sur le courant de balayage. L'emplacement de l'ajutage est tel qu'en l'absence du courant d'air, le carburant injecté at- teindrait une région oisine Je la zone amont de la bougie d'allu- ne mage 11 (c'est-à-dire la région/se trouvant pas au-delà de cette bougie 11). En tout cas, les éléments sont agencés de telle sorte que le carburant injecté puisse être finement atomisé et pulvérisé sous un certain angle de divergence par rapport au courant tourbil- lonnant S ayant pour base le courant de balayage.
Aux figures 9 à 11, l'ajutage d'injection 7 est re- présenté tel que prévu pratiquement au centre de la partie supérieu- re 10 et il est doté de plusieurs orifices d'ajutage 7. pour les zones vers lesquelles le carburant est dirige. Dans la forme de réalisation représentée à la figure 9, par exemple, un ajutage 7 est utilisé pour injecter des carburants suivant des courants radiaux, qui représentât une combinaison de courants possédant des composantes de force soit normales , soit à l'opposé par rapport DOBIGINAL tourbillonnant s.
Même les courants de carburant injecté
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qui senb3its'étendre "latéralement ou perpendiculairement au courant d'air tel que représenté à la figure 11 possè@t un certain angle de divergence et peuvent également être répartis en deux groupes, l'un possédant des composantes de force opposées et l'autre des composantes inverses. La ligne d'axe des courants de jet est considérée comme une extrémité ou l'en-@it ou la composante de force opposée ou inverse est réduite à zéro. Par conséquent, on peut l'incorporer dans un courant soit opposé, soit inverse. Lors de l'incorporation d'écoulements de giclement, ces courants peuvent être établis de façon à créer des conditions d'écoulement et une atmosphère encore plus favorable:; pour la combustion.
Bien que ceci n'ait pas été représenté, l'ajutage d' injection 7 possède de préférence trois orifices d'ajutage 7' ou plus afin de produire de lui-même une masse relativement uniformément dispersée de gouttelettes de carburant dans la région frontale. Lorsque deux de ces orifices d'ajutage sont prévus, ils ne peuvent évidemment par eux-mêmes offrir une masse uniforme dans la région opposée, mais la surface deparoi frontale de la cavité 6 à la forme voulue pour arrêter et disperser la masse des gouttelettes de carburant injecté et former par conséquent un écoulement de gouttelettes dans lequel toute partie non homogène raréfiée est compensée grâce à ces gouttelettes dispersées. De la sorte, une masse relativement uniforme de gouttelettes de carburant est obtenue dans toute la région en avant de la cavité 6.
Dans la région à injection directe dans le sens d'injection, chaque courant de carburant n'est pas prolongé excessivement latéralement le long de la surface de parai interne adjacente, mais il se déplace au contraire sous la forme d'un ruban. Ainsi, on tient compte du fait que les courants peuvent être dispersés avec un étalement suffisant d'un mélange relativement homogène le long de la partie de tête de cylindre 5 et entraînés par le courant tourbillonnant
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S, afin-d'arriver par conséquent à une stratification stable de l'alimentation.
Aux fins de l'invention, la cavité 6 est destinée à servir d'évidement dans lequel les particules pulvérisées de carburant qui y sont introduites ne sont pas exposée directement au courant principal d'air tourbillonnant S produit dans le cylindre 4, mais sont au contraire temporairement retenues et mélangés: de telle façon qu'une grande quantité des fines goutte- lettes puisse coexister. De même, la tête de cylindre 5 constitue la partie qui entoure l'intérieur du cylindre à partr du voi- sinage du point mort supérieur du piston 1 ou, en d'autres mots, la partie de paroi de la tête de cylindre autre que la partie le long de laquelle le piston 1 coulisse à l'intérieur du cylin- dre 4.
Alors que le piston 1 dans le cylindre 4 descend depuis une position supérieure voisine de la tête de cylindre 5, la lu- mière d'échappement 2 est ouverte en premier lieu, ce qui permet l'évacuation d'une partie de l'échappement et ensuite la lumière de balayage 3 est ouverte, lorsque l'air frais comprimé dans le carter 12 est injecté par l'intermédiaire de la lumière de ba- layage 3 sous la forme d'un courant d'air de balayage S1 comme indiqué par une courbe en pointillés avec une flèche. De la sorte, les gaz perdus résiduels dans le cylindre 4 sont balayés et de l'air frais lui est fourni.
Lorsque le piston 1 est proche du point mort inférieur, comme représenté à la figure 1, la lumière d'échap- pement 2 et la lumière de balayage 3 du moteur sont toutes deux ou- vertes et le balayage est réalisé avec de l'air frais, tandis qu' un courant d'air de balayage énergique SI est créé par l'intérieur du cylindre. Le relèvement ultérieur du piston 1 ferme tout d'a- bord la lumière de balayage 3 et ensuite la lumière d'échappement
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2. mais le codant d'air dans le cylindre subsiste étant donné qu'il est remplacé par le courant d'air tourbillonnant S, comme représenté à la figure 2, à cause de la loi de conservation du mouvement ou par sa force d'inertie et il est progressivement amorti.
Le courant d'air tourbillonnant S possède un vecteur de rotation normal par rapport à l'axe du cylindre et la répartition de composition de l'air et des gaz d'échappement déjà brûlés de la course précédente dans cette zone du tourbillon est telle que la proportion des gaz d'échappement est importante dans la zone centrale et la proportion de l'air frais est élevée dans la zone périphérique.
Dans une telle zone d'écoulement, un carburant sous pression est injecté à partir de l'ajutage d'éjection 7,sous la forme de gouttelettes finement atomisées et à un moment convenable.
L'injection est dirigée vers l'intérieur de la cavité 6 de la tête
5 et vers la partie de paroi 9 d'un évidement prévu afin que l'air n'exerce qu'une faible influence. Ainsi, toute dispersion anti-é- conomique des gouttelettes de carburant injectées à grande vites- se dans la région non combustible est exclue et la dispersion et le mélange des minuscules particules dans l'évidement sontfavori- sésjusqu'à un état optimum. En d'autres mots, la masse des gouttelettes de carburant injectées est ainsi formée en un courant de gouttelettes de carburant déviées et dispersées et l'on obtient une masse relativement homogène de gouttelettes de carburant ou une masse contenant un mélange d'air et de carburant vaporisé est produite, dans toute la région en avant de la cavité 6.
Les actions décrites ci-avant sont renforcées par l'action combinée des courants d'air S et SI et par conséquent des opératiors de dispersion, d'éparpillement, de mélange et de transport sont réalisés en succession pour la stratification de l'alimentation. Pour être plus précis, l'écoulement des courants d'air S et Si donne le même effet que celui obtenu par un généraAL teur de turbulence dans la partie marginale frontale 8 de la
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cavité 6. Une turbulence locale produite dans.cette région entraîner un mélange, une dispersion et une raréfaction? convenable de l'air avec la masse de particules de carburant contenant la vapeur de celui-ci.
Le mélange résultant est plus riche vers la région externe périphérique et plus pauvre vers la région centrale interne du tour- billon d'air. Etant donné que la zone d'écoulement est constituée par un tourbillon, une force centrifuge agit et, étant donné que dans cette zone d'écoulement la proportion d'air frais est accrue et que le mélange devient plus riche et donc que la densité apparente est plus élevée vers la région externe, les conditions d'écoulement sont extrêmement stables.
Ainsi, la stabilité dans son ensemble de l'écoulement maintenu malgré l'effet de mélange localisé, par exemple grâce à une turbulence, signifie que le prolongement de la partie de couche qui est rendue trop pauvre pour brûler est évité ou réduit au minimum, s'il en existe un-
Comme décrit, alors que le rapport air-carburant général obtenu est élevé du point de vue de la chambre de combustion dans son ensemble, il est possible d'empêcher un éparpillement sans utilité des gouttelettes de carburant injectées et d'éviter l'expansion de la couche rendue trop pauvre pour brûler, en maintenant par conséquent l'émission des hydrocarbures imbralés dans l'échappement à un minimum. Une partie de la masse de gouttelettes de carburant injectées vient frapper la surface de la paroi et s'y dépose.
Toutefois, ceci constitue un phénomène secondaire. La majeure partie des fines gouttelettes est rapidement évaporée , parce que les fines gouttelettes sont très largement éparpillées, la température de la paroi est maintenue à une valeur modérée et la température de l'air lui-même augmente avec la progression de la compression. Si la masse des gouttelettes de carburant est amenée à subsister partiellement
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jusqu'à l'étape finale de la compression, son- évaporation est favorisée par la chaleur de la mise à feu et la combustion et elle est progressivement incorporée dans la charge stratifiée afin de prendre part à la combustion, en contribuant ainsi à une combustion complète du carburant.
On examinera à présent le cas d'une gouttelette typique de carburant injectée par l'intermédiaire de l'orifice d'ajutage 7' de l'ajutage d'injection 7 représenté à la figure 4. En un pint P immédiatement après l'injection, le vecteur de la vitesse de déplacement @pr est nettement plus grand que le vecteur de la vitesse de l'air pp@ et par conséquent l'influence sur le parcours de déplacement de la gouttelette est limité et la déviation à partir de la ligne CO qui est le parcours primitif en l'absence d'un tourbillon. est négligeable. En fait, toutefois, la gouttelette est tellement minuscule qu'elle peut être très aisément freinée et, lorsqu' elle est parvenue au point R, son vecteur de vitesse @@ est déjà tombé à un très bas niveau.
D'un autre côté-. la valeur du vecteur de la vitesse de l'air toubillonnant RR change peu et est considérée comme presque égale à PP' et. par conséquent, l'influence sur le parcours de déplacement de la particule est importante et la valeur de déviation est également augmentée. Par conséquent, la trajectoire incurvée OO est suivie.
Même si les gouttelettes de carburant sont injectées dans le même sens avec une même vitesse, leurs trajectoires varient aveo- la dimension. Comme représenté à la figure 5, par exemple, une grande gouttelette est projetée suivant la ligne CO1 de relativement faible courbure. Plus petite est la dimension des partic@@s et plus forte est la courbure, comme illustré àtitre d'exemple par les courbes OO2 et OO3 Meme de ptus petites gouttelettes tendent à circuler sur le tourbillon S et à être entrai@ées par exemple suivant les
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courbes OO4 et OO5 avant d'atteindre la surface delà paroi.
La masse des gouttelettes de carburant injectées à partir de l'ajutage 7 adopte une certaine courbe de proba@2ité de répartition bien que le carburant soit finement atomisé et, par conséquent, une partie du carburant constituée par des gouttelettes relativement grossières est dispersée sur une zone étendue de la surface de la paroi et y est déposée, tan- dis que le reste qui constitue la majorité du carburant s'approche de la surface déparoi interne de la tête 5 mais change de direction et accompagne le tourbillon S.
-
Dans ce qui précède, il est possible de modifier les trajectoires des gouttelettes de carburant en ajustant convenablement la position et la hauteur de l'ajutage 7 et le contour de la surface de paroi interne de la tète 5 et également de modifier la réparti- tion des trajectoires ainsi que la concentration et la répartition dans les mélanges de la vapeur obtenue à partir de la surface de paroi.
D'une façon générale, comme illustré à la figure 6, du carburant sous la forme de gouttelettes est injecté par l'intermédiaire de l'orifice d'ajutage 7' avec une divergence d'un certain angle de pulvérisation a, mais il est soumis à l'action du tourbillon opposé S. En considérant deux gouttelettes typiques M et N , elles sont considérées comme ayant les vecteurs de vitesse MM' et @@ D'un autre coté, les vecteurs des vitesses de courant d'air sont représentés par les vecteurs du tourbillon S, c'est-à-dire MM et NN Par conséquent, les deux gouttelettes tendent à s'écarter l'une de l'autre, c'est-à-dire que la tendance apparaît vers un plus grand angle de pulvérisation a.
Comme déjà e:pliqué, ceci dépend de la dimension de la gouttelette quelle que soit la vitesse d'injection.
Par conséquent, comme illustré à la figure 7, la tendance est favorisée par les courants d'air locaux associés dus à l'injection du car-
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burant et, au total, les gouttelettes de carburant qui seraient in- jectées directement dans la zone E s'il n'y avait pas le courant d'air opposé F, sont dispersées en face du contre courant d'air dans la région prolongée jusqu'à la zone S. Les gouttelettes de carburant, en s'approchant de la paroi sont déplacées suivant le sens du courant tourbillonnant S.
De plus, étant donné que la tem- pérature de l'air augmente avec la progression de la compression ,et parce que lesouttelettes de carburant sont maintenues à une relativement grande vitesse par comparaison avec la vitesse d'écou- lement du tourbillon d'air, comme déjà décrit, l'évaporation à par- tir de la surface des gouttelettes de carburant est accélérée.
Si la température de la tête est maintenue suffisamment élevée, le carburant dispersé et déposé sur la grande superficie est rapidement évaporé et mélangé dans le courant d'air turbulent qui tourbilonne. Il contribue ainsi à la formation du courant tourbillonnant conjointement avec les fines gouttelettes qui ne se déposent pas sur la surface de paroi du cylibdre et s'évaporent par elles même, afin d'arriver ainsi à l'alimentation stratifié-:. Après l'injection du carburant et l'important éparpillement, la grande dispersion et le mélange de la quantité suffisante de carburant et après un bon progrès de l'évaporation, le mélange est allumé et mis à feu par la bougie d'allumage 11 située dans la région chargée de carburant ou en aval de celle-ci.
Au voisinage de la bougie 11, le courant pulvérisé contient une plus grande quantité de gouttelettes de carburant et il a une densité de gouttelettes tellement élevée que l'allumage est possible même si le mélange n'a qu'une teneur limitée en vapeur.
Ainst, à l'exception de la toute première étape de l'injection du carburant, ce carburant est étalé alors qu'il se déplace vers la surface de paroi interne de la -tête de cylindre 5,
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quelleque soit l'action de mélange due à la turbulence et il se déplace en outre par l'intermédiaire du courant d'air tourbillonnant.
Ceci se combine avec la présence de gouttelettes de carburant dans la zone de la force centrifuge ayant pour base le tourbillon, afin de permettre aux gouttelettes de carburant ayant une densité supérieure à celle de l'air de s'approcher de la surface de la tête 5 et, en même temps, l'incorporation de ces gouttelettes dans le mélange de carburant vaporisé à densité supérieure à celle de l'air, de telle sorte qu'un état stable de stratification de l'alimentation peut être obtenu.
L'intensité de cette stratification peut être modifiée en changeant l'emplacement de l'ajutage 7, le contour de la surface de paroi interne de la tête, etc. Il a été démontré par l'expérience que quand la configuration de la tête de cylindre 5 est telle que comme représenté aux figures 1 à 5 à la figure 8. la partie marginale frontale 8 fait un angle par rapport au tourbillon et que la couche dedélimitation en aval est épaisse ou qu'une région de contre-écoulement localisé G est produite ou une turbulence formée à partir de cette région, le mélange contenant les gouttelettes de carburant atomisées est étalé sur ou au-delà de la partie angulaire dans toute la région de la tête 5, en permettant ainsi un processus de combustion désirable.
Par conséquent, lorsque le carburant est injecté con- tre la direction du courant d'air tourbillonnante dans le cylindre, la flamme de combustion se propage à travers toute la région à l'intérieur de la tête 5. Ceci signifie que la charge thermique est importante pour la surface interne de la tête mais réduite pour la surface du piston 1 et ceci apporte beaucoup d'avantages du point de vue du refroidissement et de la lubrification. L'effet est en outre bénéfique pour la purification de émissions d'échappement-'
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même si les hydrocarbures, HC, et l'oxyde de carbone, CO qui sont
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restés imbràlés pendant la course de combustion et l'e'cpasion res- tent sur la surface de paroi interne de la téta,
l'air de balayage incident agit à la acon -le l'air injecté dans la chamre de soupape d'échappement d'an moteur classique à quatre temps. Ceci revient à dite que la réaction des résidus imbr @s est favorisée par l'alimentation en air frais et ceci contribue non seulement àproduire un échappement propre, mais impose une charge de combustion importante sur la surface de paroi interne de la tète, ce qui est très efficace et utile peur favoriser les actions décrites précedemment
Lorsque d'un autre c3zé, le courant de carburant injecté à partir de l'ajutage 7 s'écoule dans le sens du tcourbillon S et se fond avec celui-ci comme représenté à la figure 3, les gouttelettes de carburant relativement grossières sont peu affectées par le courant d'air,
! cause de l'angle d'injection et elles sont éparpillées et déposées sur la surface de paroi interne jusqu'à la bougie d'allumage 11 et sont finalement évaporées tandis que les gouttelettes .relativement fins s'approchent de la surface de paroi interne de la tête 5 5 mais, avant le contact avec celle-ci, elles accompagnent le mouvement du courant d'air tourbillonnant S
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et, d la :t:5me raçcn que dans le cas du courant d'air en nppcsiticn, le mélange connenan, les particules de carburant eet stratifié.
Dans ce cas, t:)\::-'!f,:)i3. le tourbillon est rendu plus i-tsnse par le courant d'air accompagnant l' ="c2iD:7 3 carburT-. 3' =c pour résultat fir':. 1 -. '. ,3,-y^.E contenant las gac=#ele=ts '.^. i::- .::ra..ït est er.péché de >3rala=7 .'Cr'.vr¯2r'c'¯^... et =1 se dà#20ec# <1. la for-ne d'un ruban.
Dans ce qui précède, on a décrit l'injection de carburant à partir de l'ajutage, à titre d'illustration, comme étant alors que effectuée après l'achèvement du balzyage et/les lumières d'admission
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et -d'échappement d'air ont été fermés et que le courant d'air à l'intérieur du cylindre y est devenu un courant tourbillonnant.
En fait, toutefois, le carburant peut être injecté dans le courant d'air qui prend la forme d'un courant d'air de balayage ou d'un courant d'air tourbillonnant ayant pour base celui-ci qui s'é- coule tar.dis que la lumière d'échappement ou à la fois la lumière d'échappement e la lumière d'admission sont maintenues ouvertes, à moins que les particules de carburant atomisées ou le mélange résultant ne s'échappe par la lumière d'échappement. Ceci est assez avantageux sous des charges accrue, parce que la dispersion, le mélange et l'évaporaion du carburant sont complètement réa- lisés.
Aux figures 12 à 14. on a représenté une forme de réa- lisation dans laquelle les gouttelettes atomisées provenant de l' orifice 7' de l'ajutage d'injection de carburant 7 ne sont pas dirigées le long de la partie supérieure de la cavité 6, mais elles sont fournies à cette dernière en particulier au voisinage immédiat du tourbillon S à l'intérieur du cylindre- Au point P qui est relativement proche de l'orifice 7' de l'ajutage, la vitesse existante de chaque gouttelette est élevée et le vecteur de résis- tance auquel la gouttelette est soumise alors qu'elle est projetée à =avers l'air tranquille est = et le vecteur de résistance lorsque la gouttelette reste immobile et que seul le tourbillon S existe est PQ ,
tandis que la direction est identique à la direction du tourbillon en ce peine. Si le vecteur PQ est divles deux composantes àe force, -' '-une dans le sens de p p et l'autre dans le sens qui lui est perpendiculaire, on obtient alors PQ' et PQ". Etant donné que la vitesse existante de la gouttelette au point P est bien supérieure à la vitesse de l'air tourbillonnant, P' P est beaucoup plus grand que PO Par conséquent, le vecteur P' Q' estla force de résistance à laquelle la gouttelette est soumise à l'encontre du sens de projection, mais étant donné qu'elle .est: bien supérieure à PQ" qui représente la force provoquant la
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trajectoire au sens perpendiculaire à P' ç' la çourtilerte = déviée à partir de la +a j=cr=1:e pri:n.:o. ':':
'V2 .wain ce¯te 3n Z ' Anz*n:. ce du tourbiü:. ¯¯¯ mais .?::: d3r¯ ¯-. -j: xnioia 1.,,-.'. 7:'2.3 : C:;,':"7.' :'l.t...¯..:.¯ :. :'d"2-'UV-':-., est à l'origine l-?'.cfe, .:.:t1i:l"ue=.ii =api'.:e;e:-;: .3. ':è";'3 d- = -.1 --:--;..:.:-... masse de la minuscule ,#1=te,e:ie elie-xème. fo e;:'o,?.2, -- =r= ce de résistance à 3C.±. ia gouttelette es= soumisa dans le J;rs de projection avec la vitesse "'xi plante "'-'l poinc R est auss- W':.le que RR'. D'un autre c ¯S la vitesse du tourbillon S ne subit = ... ¯. ne variation appréciable et le vecteur de résistance ainsi ar=,oein= est RR?.Etant dorme J la trajectoire d2 la gouttelette es" asez incurvée jusqu'au pcin': R. R'R et RR- e; ce point sont apximativement perpendiculaires entre eux. Ainsi, la déviation de i la particule est cor.a=tè=able et le rayon e courbure de la - 2=
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toire est petit.
Avec --,ne nouvelle progression, la vecteur de p7D-
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çression et le iec-¯eur 1e sont dirigés 5= li :;i"':-:-o2 façon. Il en résulte çz ia est sour-4-se à U2 é=7? traînée et que le =3':'0:1 de =owrü'.:ra de sa ::=oJ ectcire est r¯.^.t: plus grand, de szrte 'J:l..-= 1a .]o\.tte:;'::::.e eu1: 3e è.5p-"ac2= sur le i.OLIDiiCi:. ¯ . U- ..."1t C .^¯ 33.t 1. i:;:¯'¯¯ :a? i¯s'J secJ;=ca>== et localisé, :.: .=-.c.::.Jr':?ag:le :: 1 ECiC1 '::!.J ":2-7)1..I'"1t SOB :.3 forme d'une nasse de ':"::êS go'j celet.'":e:.. â':'J-.i.:;és. sert 2 ?1.:en j proT:lc...:v-r)ir -:.a.:i:7'\e:1-: .-=-s g01;::::2=-=-.:::es ..:e (,;3I:.:.:r": -J:-: ':3.
OZ'OdUCIC¯'. : 4@une '::....:- .:':"'::;'ë -W 1"Js ....:. >q=1 = de 41¯--azni- .1 la "..--:E..3:2 "'¯:..:.r..:.i.;;nE:.:': :i.:." . ::-.."1:..-:.i- ":04E'I'.lGr.'?C .,:" :':-"'-:=-:'-:''''-4'' 1 1 : -:=1 .i; ¯ .gé=é # i ; 1=.E;, '?;.:"7t')::':':':-:-.=-. au moment-où 1 'é ai en.- es .:...¯.-'¯?2¯., 2 a=t=e,;1, Da-is ce zas, Les fines ÇOi:W lc't S injectées a =2x'¯?v de l'ajutage 7 scrr- 3C1::PlSeß..3 :.me TTi2sse bien .if=é=e!1'::.e .=e celle du courant d' .3.":':!:". iue ¯e 3éroule.;.ent zroc7ressil ce La cc-=se de compr±ssion. ia empéraure de :'air esz a-ig-.7.entëe e¯ :
'a-
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tion combinée provoque une évaporation rapide des gouttelettes..et. la préparation du mélange du carburant avec l'air, exactement de la même façon que celle décrite précédemment. Ce mélange forme
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-n dessin de densité #ei .--e 1 densité soit relativement mni- forme le long de la surface @e paroi interne de la tête du cylindre etdevienne plus faitleen s'écartant de la surface de la tête
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de ±*ylihÉre, 1o s%*i -¯..¯ïcr¯ ça l'alimentation mélangée est ainsi efficacement obtende.
La bougie d'allumage 11 se trouve dans une position de bon allumage , parce qu'e@le est située en aval de la ligne d'axe de l'injection, même lorsque le moteur est au ralenti avec une très pauvre alimentation en carburant injecté. En outre, une telle combinaison est largement insensible au rapport entre la mise à feu et la combustion et le réglage dans le temps de l'allumage.
En d'autres mots, on offre une large tolérance pour une sélection assez libre d'un anqle d'avance pour l'allumage par rapport à un réglage de temps prédéterminé de l'injection et indépendamment de celui-ci. En outre, en prévoyant la partie marginale frontale 8 qui sert de partie angulaire pour le courant
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±'ai de balayage Si, le :é-a.-.çz contenant les gouttelettes ato- misées est étalé dans toute la région en aval de la partie angularre ou, au-delà celle-ci, dans l'espace de la cavité 6 de la
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t:Ste- 5, n-.è'ra lorsque la cr'jc\e 3e délimitation en aval est épaisse :: :rsç:.l' .1;-2 =é,¯cr de ¯¯.¯¯¯e--¯¯.. iE:7t partiel G oi une turbu- -e7#ù e;-. :- 5.l ta!:
c:xist- es - c,r¯it un très bon processus de conbustisn
Les figures 15 a 17 ilisutrent une forme de réalisation utile dans laquelle un carburant gazeux, tel que du propane, est utilisé pour l'injection directe dans le moteur. Dans cette forme de réalisation, le bout d'une soupape d'injection de carburant 17 est incurvé, prolongé et muni d'un tube d'ajutage 16 aplati et
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prolongé latéralement à 1'extrémité frontale, de telle sorte que un carburant gazeux peut être injecté dans l'espace 6 dans la tête de cylindre 5. avec un certain angle de divergence pour réaliser le mélange du courant tracté V à l'encontre de la direc tion et avec le tourbillon 5 que cour base l'air de balayage dans le cylindre 4.
La @oupape d'injection de carburant .' est du type à so- lénolde destiné à fournir du gaz sous pression réglée et elle permet l'injection du carburant gazeux dans la chambre de combustion alors que la soupape est maintenue ouverte. avec une ouverture commandée sur un angle de vilebrequib déterminé après la fermeture de la lu- mière d'échappement 2, d'après la vitesse de rotation du moteur et la poeition du levier d'actionnement {non représenté). Le tube d'ajutage 16 est façonné avec un orifice de sortie 15 à travers lequel le carburant gazeux est injecté à grande vitesse et avec un certain angle de divergence.
Dans la partie du courant voisine de l'orifice de sortie 15, la proportion de l'air dans le mélange est tellement faible et la vitesse d'injection tellement élevée que le courant ne subit que peu d'influence de la part du tourbil- lon S dans le cylindre et il y a peu de chance que le passage soit incurvé. Alors que le gaz injecté progresse, il est de plus en plus mélargé avec l'air l'entcurant et il prend, une plus grande largeur avec une réduction progressive de la vitesse.Grâce aux contours de la tête de cylindre 5 et de la cavité 6, la vitesse du gaz est forte-,ment diminuée alors q'uil s'approche de la surface de paroi interne.
En outre, sous l'influence puissante du tourbillon S dans le cylindre 4. la courant gazeux est repous- se vers le bas comme représenté à la figure 16) et il est étalé le long de la surface de paroi interne :comme représenté à la figure 17). et alors qu'il est mélangé avec le courant d'air
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tourbillonnant, il circule d'une façon générale comme s'il était porté par le tourbillon s.
En particulier à cause du fait que la partie marginale frontale 8 qui fait quelque peu saillie à l'encontre du tourbillon S est prévue sur la partie de tête 5, une couche de délimitation épaisse ou une région de contre-écoulement est formée en aval ou bien une turbulence due à la séparation à partir du courant est produite, avec pour résultat que le mélange est rendu relativement homogène et est bien étalé à travers l'espace dans la cavité 6 de la tête de cylindre.
L'injection de carburant sert à étaler le mélange et, en même temps, à accélérer la turbulence et à freiner le tourbillon. Une forte composante de turbulence que le tourbillon contient en lui-même est utile pour mélanger le carburant et est désirable pour l'augmentation de la vitesse de combustion. Approximativement au moment ou l'étalement du mélange est achevé, la vitesse de circulation moyenne du tourbillon tend à diminuer dans son ensenble.
Lorsque le réglage dans le temps de l'injection est avancé et que cette injection est effectuée pendant une période prolongée comme décrit précédemment. le carburant gazeux déjà injecté est mélangé avec l'air tourbillonnant et le mélange est chassé en succession à partir de l'intérieur de la tète vers la partie supérieure du piston 1 dans le cylindre 4, jusqu'à ce que ce cylindre soit rempli avec le mélange.
D'un autre côté, si le moment de l'injection est retardé et que l'injection est limitée à une courte période de temps, il en résulte une alimentation stratifiée à l'intérieur de la tête.
Lorsque le mélange est mis à feu à l'aide d'une étincelle provenant de la bougie 11, avec un réglage dans le temps approprié après l'injection, la combustion est amoxcee Alors que le carbirant
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lange relativement pauvre l'entounnt. Ine ocnne ';OJ7'.!:US::O:1 est ainsi obtenue avec un rapport gàrézal a.r-carbura..^ ¯ très ?auvre.
Etant donné que le s-.istème ^t''W' 4#e 3Gy.¯Ctl un ^O v2.1 qui n'a pas d'étrangleur. la quantité d'alimentation en air requise est peu différente sous des charges parrielle Ceei se combine avec
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la pauvreté du c3='urar, injecté qT-j. ?r2Q a z- la cc'nbujiion afin de maintenir la température du tube d'ajutage ?5 à un faible niveau.
Par conséquent, dans ces -=';)ndit';'o:1s,::"'au-J7.1:1ta':icn ce -e-rpérature du carburant gazeux au c.=#xrs de l'injection est limitée et en partie ,DU parce que le gaz LPG,/un gaz analogue a à l'origine une plus grande
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densité que l'air :a mére température, 'cton résultante de la force centrifuge du tourbillonnenent tend à faciliter la sLat.i:.¯¯3- tion de l'alimentation. Ceci rend possible l'utilisation de rapports air-carburant encore plus pauvres-
L'intensité de la stratification peut être commandée en modifiant les configurations, les emplacements, les directions du tube d'ajutage 16 et de son ouverture ou orifice de sortie 13 ainsi que le contour interne de la tête 5.
Le carburant gazeux injecté de
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la sorte est ccr.:e^a.,=ee^¯ T1éènçé, é':alé et stratifié. Je plus, 7-=rt donné que Ze caï tu-a ¯ .:-a:;:.:c ,s: ;nz.c¯é ::.i:=ec1:e!:lent dans ''.2 cylindre le =e^.ae^=.. ¯ - , z-:7,e :ièmis5 11 -7ote-,;-r n'est car sacrifié comme dans le 5'.''¯-.'.^2 classique vue fourniture du car- -Durant dans la lur-tière d'a':7:ll.ss::..:Jn fui. moteur. Pour ces raisons, i? z'y a pas due ?ossihili':ë deze réduction de la puissance fournie cornue dans le cas d'un moteur fonctionnant avec un carburant liquide.
En outre, le temps de séjour du carburant sous la forme du mélan- ge non brûlé dans le cylindre est raccourci et l'avantage antidique-
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tis est couplé avec l'indice d'octane "mécanique a-nélicré à cause de la nature du carburant et également avec le rapport de compression accru afin d'atteindre es améliorations dans le rendement thermi- que et la puissance fournie.
Aux figures 18 à 21. l'on a représenté un autre contour utile e la cavité 6, formée dans la tete de cylindre 5 dans la for- me de réalisation décrite précédemment- Dans ce cas, la cavité 6 a pratiquement la* tonne d'un contour de secteur et la surface de paroi opposée dans le sens de l'injection d'un ajutage d'injection
7 prévu dans la cavité st constituée par une partie marginale frontale 8 qui sert de délimitation entre la tête 5 et la cavité 6, et une partie de paroi 9 adjacente et perpendiculaire à celle-ci, la partie de paroi verticale 9 étant prolongée à l'autre extrémité par une partie incurvée 13 jusqu'à une partie supérieure plane ou incurvée 10.
La cavité 6 ainsi offerte a une surface de paroi / interne de forme telle que la cavité soit peu profonde au voisinage de la partie marginale frontale 8 et devienne- progressivement plus < profonde vers l'ajutage d'injection 7. De plus, la surface de paroi interne dans la tête de cylindre 5 est de préférence incurvée jus- qu'à un conteur semi-sphérique s'accordant d'une façon générale à celui de la partie supérieure du piston.
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Comme représenté à la figure 18 une soupape d'injection 17 possédant un ajutage d'injection 7 dirigé de lacon à injecter le carburant soit sous un certain angle, soit paallèlement par rapport à la partie supérieure du plan incliné da la surface de paroi interne de la tête 5, est prévue au voisinage de la partie profonde 14 de la cavité 6.L'ajutage d'injection 7 est réalisé avec un seul ou plusieurs orifices et il est destiné à injecter le carburant sous un certain angle de divergence afin de disperser les particules de carburant comme on peut l'observer à la figure 19. Même avec un ajutage à un seul orifice et de conception simple. la dispersion du carburant est évidemment réalisée de façon satisfaisante par l'action combinée avec le courant d'air opposé et à l'aide de la configuration de la tête.
Dans la forme de réalisation représentée, deux bougies 11 sont adaptées dans la cavité 6 de la tête de cylindre 5. L'une est prévue en aval de l'ajutage 7, tel qu'observé suivait le sens de l'écoulement du courant d'air de balayage, et l'autre est convenablement située sur la surface de plan incliné de la cavité 6.
Le contour interne de la cavité 6 est tel que, comme représenté aux figures 18 et 19, il soit constitué par une partie de sec-teur de paroi supérieure inclinée et plane 10 et une partie découpée en diagonale 19, définissant ensemble un espace dans lequel la masse de la pulvérisation de carburant injecté est étalée par le courant d'air de balayage ou un courant tourbillonnant de celui-ci. et un. évidement relativement calme et la partie de paroi l'entourant. dans lequel le carburant n'est pas soumis à l'influence de la grande vitesse de l'air du courant de balayage principal ou du courant tourbillonnant principal de celui-ci. La partie marginale frontale 8 est de préférence une forme en arc concentrique avec le cylindre
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4. comme mieux représenté dans les vues en plan des figures 19 et 21.
De même, la partie de paroi 9 peut être formée avec un plan incliné au lieu d'un plan vertical. Dans tous les cas, la masse des particules injectées est déviée et dispersée afin de former un courant de particules qui remplira la région à l'avant de la cavité 6 pour former ainsi une masse relativement homogène de particules de carburant à travers la région frontale ou arrière de la cavité 6. De plus, les particules sont retenues temporaire- ment afin de procurer une densité élevée de particules, de telle sorte qu'on puisse arriver à une stratification stable de l'ali- mentation. La trajectoire de chaque particule de carburant injec- tée à partir de l'ajutage 7 à l'intérieur de la tête de cylindre est telle que représentée par la ligne en pointillé à la figure 20.
Bien qu'elle ait un certain angle large, la vitesse des particules est telle que le vecteur de résistance à laquelle la particule est soumise alors qu'elle circule à travers l'air calme est P'P-
Si la particule se trouve toujours au point P et s'il existe un tourbillon S, le vecteur de résistance ainsi produit est @@ @ la direction est semblable à celle du courant d'air en ce point.
Si le vecteur PQ est divisé en deux composantes de force, une suivant le sens de P'P et l'autre dans le sens qui lui est perpen- diculaire, on obtient alors PO et PO ,respectivement¯ A cause du fait que la vitesse de la particule au point P généralement beaucoup plus élevée que la vitesse du courant d'air, P'P est supérieur à po Par conséquent, le vecteur P'O est presque égal à la force de la résistance à laquelle la particule est soumise à l'opposé du sens de circulation et il est nettement plus grand que le vecteur PQ" qui fait dévier la trajectoire qui lui est normale . comme dans le cas déjà décrit. Par exemple, la vites- se existante lors de l'arrivée au point R est- très faible et le
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vecteur R'R auquel la particule est soumis dans son sns de cir- culation est petit.
Dans l'intervalle, la vitesse du courant d'air 3 ne subit pratiquement aucune modification et. par conséquent, la particule en progression est assez-exposée au courant d'air principal et est fortement influencée par celui-ci. Il en résulte que la particule suit une trajectoire, alors qu'elle progresse, telle qu'ellesest de plus en plus fortement déviée par le courant d'air S et le rayon de courbure est diminué jusqu'à ce que la particule soit entraînée sur le courant d'air.
Ceci revient à dire, comme illustré à la figure 20, que les particules de carburant exécutent un mouvement composé avec une tendance à un large étalement le long de la partie supérieure 10 alors qu'elle s'approche de cette partie supérieure du plan incliné et elles sont entraînées sur le courant d'air S avec la perte de la majeure partie de l'énergie cinétique dans la direction vers laquelle elles ont été injectées à partir de l'ajutage 7.
Etant donné que ce courant d'air tourbillonne au voisinage de la tête 5 et que les particules se trouvent dans la zone de la force centrifuge, une force est exercée pour attirer les particules vers la surface de paroi interne de la tète mais elles sont largement étalées le long de la surface de paroi interne de cette tête 5, tout en étant convenablement mélangées par le courant d'air qui a en soi une turbulence assez énergique. De la sorte, la stratification de l'alimentation est réalisée, en formant un mélange qui est plus riche vers la surface de la paroi interne de la tête 5. Bien que ceci dépende du sens d'injection à partir de l'ajutage 7, une faible partie seulement des particules atomisées est étalée, dispersée et déposée sur la surface plane inclinée 10 et d'autres parties.
Ces particules sont également évaporéespar 1'échauffement par la chaleur provenant de la surface de la paroi et de la flamme de combustion et elles forment par conséquent un mélange. Toutefois, ceci n'est qu'une partie
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u - un pnenomene seconaaxre pour La rortation au mélange comsustloem 9¯":¯",,:,"",...- ,,;-:
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La majeure partie du carburant sous la forme de fines particules de carburant injecté provenant de l'ajutage 7 est exposée à la relativement grande vitesse du courant d'air et , avec le déroulement progressif de la course de compression, la température de l'air augmente également et le mélange est stratifié avec une évaporation accélérée, jusqu'à ce que finalement un mélange de carburant atomisé ou un nuage contenant le carburant évaporé soit amené à circuler en tant que partie ou totalité du courant d'air tourbillonnant S.
Etant donné que le contour interne de la tête 5 est amené à converger, comme représenté à la figure 19, vers la bougie d'allumage 11 et à cause de l'action du champ centrifuge du tourbillon, le mélange est recueilli au voisinage de la bougie d'allumage 11 en tant que nuage relativement riche. Dans le creux de l'évidement 6 où est situé la bougie 11, on maintient des conditions de courant d'air relativement lent. Etant donné que un évidemment semblable à une poche qui offre un dorià l'encontre du courant d'air rapide, ceci esc désirable pour la croissance de la flamme provoquée par l'allumage avec une étincelle électrique.
Ainsi, ceci sert non seulement de source puissante pour l'allumage du mélange ambiant, mais est également efficace pour empêcher les défauts d'allumage, la fluctuation de la pression à l'intérieur du cylindre à chaque temps et une fluctuation de la pression maximum.
Des particules de carburant injectées à partir de l'ajutage 7 comprennent celles à faible vitesse ou de dimension excessivement minuscule. Ces tenenrs en particules tendent à être aisément entraînées par le tourbillon S. Par exemple, comme indiqué par la ligne en pointillé W à la figure 20, elles peuvent
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prendre part à la combustion au lieu d'être retenues ou déposées et évaporées au voisinage de la bougie d'allumage 11 et sans être dispersée en pure perte à partir de l'alimentation stratifiée.
Les avantages qu'on peut en dériver comprennent un accroissement de rendement et des réductions dans les hydrocarbures imbrûlés dans l'échappement.
Même lorsque la quantité de carburant injecté par cy- cle lors du fonctionnement en pleine charge est importante, 1' action combinée ducourant d'air S ou s1 permet aux particules de carburant d'être tellement complètement dispersées qu'il n'y a pas de danger d'un défaut d'allumage dû à une conservation excessive du carburant autour de la bougie 11 , bien qu'il convienne de remarquer que de meilleurs résultats sont obtenus en remplaçant le processus d'injection d'une grande quantité de carburant dans les limites d'un petit angle de vilebrequin par l'injection de la même quantité de carburant dans les limites d'un angle de vilebrequin d'une certaine étendue. Dans de tels fonctionnements sous une forte charge, on ne peut pas néglige le fait que l'utilisation cmbinée de deux bougies d'allumage
11 pour un allumage simultané donne des résultats satisfaisants.
Bien que les deux bougies dans cette forme de réalisation soient situées sur la ligne d'xxe du courant d'air de balayage, des expé- riences oot révélé qu'elles peuvent donner des résultats aussi satisfaisants que ceux énoncés précédemment lorsqu'elles sont placées dans la partie supérieure 10 ou la partie de paroi la- la térale de cavité 6, symetriquement par rapport à la .igné d'axe.
On doit tenir compte, cependant, que ce facteur est en relation étroite avec la configuration de la tête de cylindre S.
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En outre, avec cette forme de réalisation, l'écoulement de giclement formé par les parties latérales planes 19,19 de la surface de paroi interne de la tète de cylindre 5 et la partie supérieure correspondante du piston 1 , produit une paire de tourbillons dans la chambre de combustion 20 au cours de la course de compression, en particulier lorsqu'on s'approche de la fin de cette course et les tourbillons ainsi que la turbulence produite sont superposés au mouvement des particules.
Les mouvements combinés servent à promouvoir la dispersion des particules de carburant le long de la partie supérieure 10 du plan incliné et au voisinage de la partie la plus profonde 14 de la cavité, à éviter une consommation excessive du mélange au voisinage de la ligne d'axe sur laquelle se situe les bougies 11 et l'ajutage 7, et à repousser l'alimentation stratifiée contre la surface de paroi interne de la tète 5.
Il est possible à titre de variable d'intensifier le giclement en façonnant les parties latérales planes 19,19 de la tête très étroitement par rapport au plan supérieur autour du point mort supérieur du piston 1 ou de façon à diminuer le jeu au point mort supérieur et, inversement, d'affaiblir le giclecaeat, par exemple en augmentant progressivement le jeu précité vers le centre de la tête, de telle sorte que l'alimentation stratifiée puisse plutôt être recueillie suivant la direction de la ligne d'axe. Après la mise à feu, le gaz de combustion deviert plus léger et il se déplace vers le centre du tourbillon. ou il est remplacé par de l'air frais qui forme un mélange avec le carburant. afin de prendre ainsi part à la combustion.
Grâce au giclement formé par la surface de pouroi interne de la tête de cylindre et la partie supérieure du piston, le mélange contenant les particules de carburant est convenablement dispersé-- ou concentré et il est ensuite superposé au tourbillon S à l'intérieur du
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cylindre. Ceci facilitc,ls cor..b1U:tion qui sait l'allumage.
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Aux figures 22 à 25, on a représenté une autre forme de réalisation qui, comme celle qui vient d'être décrite, comporte une tête 5 avec un contour interne pratiquement semi-sphérique et qui est équipa d'une soupape d'injection 17 en un emplacement convenable, cette soupape étant située de telle sorte que l'ajutage 7 à son bout (illustré en tant qu'ajutage avec un nombre convenablement choisi de trous et d'angles d'injection associés) possède une direction d'injection à l'encontre de la direction du courant d'air de balayage S. La paroi interne semisphérique de la tête est façonnée avec une cavité en forme de secteur 6 et le bout de l'ajutage 7 fait saillie en un point qui constitue le point de pivotement du secteur. La cavité 6 est moins profonde en cet endroit et la profondeur de la cavitéaugmente vers la paroi de secteur l'entourant.
La partie supérieure 10 qui constitue le secteur est plane, tandis que la paroi 21 l'entourant est de forme cylindrique, en association parallèle avec la surface de paroi cylindrique 4' du cylindre.
Dans cette forme de réalisation, la d'rection d'injection W à partir de l'ajutage 7 est pratiquement perpendiculaire à l'axe de la soupape d'injection 17 et dirigée vers la partie de paroi entourante 21 de la cavité. Le coin où la partie de paroi 21 de la cavité 6 rencontre la partie de secteur 10 est façonné en tant que coin convenàlement arrondi 22 et l'autre extrémité de la partie de paroi 21 est façonnée en tant que partie marginale aiguë 23.
L'angle d'ouverture de ce secteur varie suivant le nombre de trous de l'ajutage, l'angle de divergence de l'injection, la position d'adaptation de la soupape d'injection, etc, mais il est en ;général déterminé de telle sorte qu'une alimentation stratifiée puisse être formée avec une dilatation
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convenable et un entraînement par le tourbillon dans le cylindre-
Dans la forme de réalisation illustrée, deux bougies 11 sont adaptées sur la partie supérieure 10 du plan de secteur au voisi- nage des deux bords latéraux de la cavité en secteur 6, dans des positions choisies où elles ne sont pas directement exposées au courant principal d'air de balayage S ou au courant principal de tourbillon ayant celui-ci pour base dans le cylindre,
mais au contraire en faisant saillie dans une atmosphère relativement calme et dans un mélange convenablement riche.
Dans le présent cas, les fines gouttelettes de carburant injectées à partir de l'ajutage 7 sont exposées à l'origine au courant d'air S et la pulvérisation est freinée et étalée. Une partie du carburant pulvérisée perd sa force vive et se déplace conjointement avec le courant d'air S, mais le reste continue po la plus grande partie à progresser sans perdre complètement sa force vive.Alors que ce reste progresse, la cavité en forme de secteur devient plus profonde, de telle sorte que le carbu- rant est peu affecté par l'action directe du courant d'air S jusqu'à ce qu'il vienne rencontrer la partie de paroi entourante 21 de la cavité, où il perd sa force vive dans le sens de progres- sion.
Ensuite, une partie du carburant atomisée est dispersée le long de la surface de la paroi, tandis que la masse des gocttelet- tes de carburant atomisées remplit la cavité 6 et s'en écoule partiellement, en particulier le long de la partie de paroi en- tourante 21. D'un autre côté, le courant d'air S est interrompu par la partie marginale 23, à l'endroit où la ligne oe délimitatito est discontinue et il s'y établit une turbulence loole qui. à son tour, attire et mélange la masse des gouttelettes de carburant atomisées.
En cet endroit, une bande de mélange avec une largeur pratiquement égale à celle de la cavité 6 est formée et elle cir-
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-cule conjointement avec le courant d'air S dans le cylindre 4 (voir la figure 24). Bien qu'une partie de la masse des gouttelettes injectées vienne frapper la surface de la paroi et s'y dépose , elle est immedia@ement vaporisée parce que la parci est maintenue à une température suffisamment élevée et elle rejoint la masse des gouttelettes atomisées po une incorporation ultérieure dans la bande ou le ruban de mélange. De même, grace à la chaleur de combustion après la mise à feu, l'évaporation du reste du carburant est favorisée et la vapeur résultante prend part à la combustion.
De plus, étant donné qu'il n'y à pas de possibilité que le carburant injecté rejaillisse et se déposé directement sur la surface de-paroi interne du cylindre, toute perturbation de la lubrification est exclue malgré l'injection directe dans le cylindre.
Bien que la température de la partie marginale 23 qui fait saillie dans la chambre de combustion 20 s'élève lors de 1. exposition à la flamme de combustion, cette chaleur est 4vacuée par l'exposition au vigoureux courant d'air de balayage froid et par l'évaporation du carburant. Par conséquent, la partie marginale 23 est convenablement refroidie et ne constitue pas un point chaud. Les nuages stratifiés du mélange ainsi produit circulent conjointement avec le courant d'air S mais, étant donné que le courant tourbillonne. i se trouans un champ de force centrifuge et sont soumis à un degré convenable d'action de mélange et sont largement égalés le long de la surface de paroi interne de la tête 5, en produisant ainsi une alimentation stratifiée avec une richesse accrue vers la région périphérique .
Etant donné que la stratification est réalisée de telle sorte que le mélange soit plus riche vers le c3té extérieur et que la densité par unité de volume soit également supérieure vers la périphérie, la demande
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et la fourniture d'air remise pour "l'alimentation en carburant sont naturellement en équilibre et le processus des mouvements ' est stabilisé.Lorsqu'une alimentation convenablement stratifiée est forcée de la sorte, elle est simultanément mise à feu par les bougies d'allumage 11 dans la cavité 6 (c'est-à-dire par les
11 bougies d'allumage/dans l'atmosphère où le mélange est relative- ment riche, en dehors du passage du vigoureux courant d'air).
Avec l'accroissement initial, une source de chaleur puissante est formée pour mettre à feu le mélangeais; pauvre qui se trouve autour. L'alimentation en carburant étant effectuée par l'inter- médiaire de l'ajutage 7 sous une haute pression et l'allumage étant effectué principalement avec le mélange contenant les gout- telettes de carburant finement atomisées, aucune difficulté ne se présente lors d'un démarrage à froid et le moteur peut immé- maternent être amené au fonctionnement sous sa pleine charge.
La vitesse d'augmentation de pression dans le cylindre est re- bativement faible et le fonctionnement est uniforme.
La forme de réalisation qui vient d'être décrite n'im- plique aucune action d'écoulement par giclement et donc aucune extinction sur la face de giclement. En outre, étant donné que la chambre de combustion 20 a en général un contour semi-sphéri- que idéal, une amélioration du rendement et des réductions des hydrocarbures imbrûlés dans l'échappement peuvent être réalisées efficacement et positivement.
Il convient de remarquer qu'alors que l'on a adopté le système de balayage Schnuerle dans cette forme de réalisation, le courant d'air dans l'espace à l'intérieur de la tête 5 ne s'écoulera pas toujours exactement suivant la ligne d'axe X-X de la figure 25, à cause d'une légère différence entre les pas-
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sages à'air'de gauche et de droite tel qu'observé à partir du carter 12 et il est assez normal que le courant s'écoule avec un certain angle de déviation.
Même dans un tel cas. la cavité
6 agit convenablement grâce à la partie de paroi 23 l'entourant qui s'étend largement en arc¯ Ainsi, cette ferme de réalisation est insensible à la déviation de l'écoulement et le degré d'effet perturbateur sur la production du mélange n'est que réduit ou, en d'autres mots,les différences de rendement spécifiques entre les moteurs est négligeable, d'une façon avantageuse.
Bien que la présente invention ait été décrite à propos¯ de diverses réalisations de celle-ci incorporées dans des moteurs à deux temps/allumage électrique faisant appel au système de balay- age schnuerle elle peut tout aussi bien s'appliquer à des mo- teurs avec un système de balayage en boucle ou croisé. De même, le système d'allumage n'est pas limité à l'allumage par étincelle électrique et l'adoption d'autres moyens d'allumage courant tels qu'une bougie incandescente, une ampoule chaude ou un autre sys- tème d'allumage tel que le système Diesel ne faisant pas appel à un allumage à partir de l'extérieur, ne constitue pas une objec- tion.
Etant donné que le moteur suivant la présente invention travaille comme décrit précédemment, une combustion stable est obtenue en modifiant le rapport d'admission dans une gamme éten- due sans aucun obstacle pour la combustion, parce que le courant d'air tourbillonnant contient beaucoup d'air frais dans la région extérieure, par exemple même lorsque l'alimentation en air est étranglée jusqu'à un plus faible rapport d'admission. Ceci est un facteur très bénéfique pour un moteur faisant appel à un système de balayage du type à compression de carter.
Le travail
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perdu pour le pompage par un moteur dans lequel on fait-appel à un balayage en boucle ou croisé à la façon d'un moteur deux temps, augmente avec l'accroissement du rapport d'admission et le rapport qui s'établit entre l'étranglement d'admission et le travail perdu pour le pompage est inverse de celui établi dans un moteur à quatre temps. Il est par conséquent désirable que l'étranglement d'admission soit rendu plus intense avec la réduction de la charge.
D'un autre coté. la stratification de l'alimentation vise la réalisation d'un rendement thermique amélioré et d'un échappement purifié grâce à l'amélioration du rapport thermique spécifique du gaz actif, une réduction de la perte thermique vers l'ambiance, une augmentation de la vitesse de production de chaleur due à la réduction de la dissociation thermique, etc, en réalisant une combustion stabilisée avec des mélanges pauvres au total. En ce sens, il est désirable que le rapport air-carburant soit aussi pauvre que possible dans la gamme garantissant une combustion stable et excluant un surrefroidissement et il est pratique d'utiliser un rapport air-carburant optimal (par exemple entre 16/1 et 20/1 ) suivant la charge et le nombre de tours.
De même, comme décrit à propos des formes de réalisation précédentes, même le carburant injecté directement dans le cylindre ne viendra pas frapper et se déposer sur la surface de paroi coulissante du piston et, par conséquent, des troubles qui pouraient sans cela se présenter en ce qui concerne la lubrification peuvent être efficacement empêchés, ce qui constitue un avanca- ge rationnel. De plus. étant donné que l'allumage est effectué pour le mélange en forme de brouillard contenant le carburant injecté sous la forme de gouttelettes finement atomisées et également le carburant partiellement vaporisé, la répartition
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des gouttelettes de carburant est élevée et ne constitue pas un obstacle pour le démarrage à froid.
En outre, l'alimentation stratifiée est formée positivement jusqu'à un état optimum comme déjà décrit et il n'est pas nécessaire de faire appel à la commande très complexe ayant pour base la mise en accord de fois facteurs à savoir l'injection du carburant, l'allumage et le tourbillonne- ment de l'air, ce qui est souvent essentiel pour le processus de combustion classique. En d'autres mots, il existe une large tolé- rance entre l'injection du carburant et l'allumage et les deux peuvent être modifiés et fixés dans des gammes étendues indépen- damment l'un de l'autre, suivant la présente invention. Cette large tolérance offre à son tour une souplesse considérable con- tre une détérioration de la pulvérisation du carburant.
La dété- rioration si elle existe ne peut avoir aucun effet appréciable sur les caractéristiques du moteur (ce fait a été confirme* par l'expérience).
Le degré d'alimentation dans la zone du tourbillon peut également être assez bien modifié en chargeant convenablement le contour et les dimensions de la cavité 6 et le procédé d'in- jection de carburant à partir de l'ajutage d'injection 7. il est également possible d'avancer l'angle de vilebrequin pour l'amos- çage de l'injection et d'élargir l'angle de vilebrequin pour l' injection effective avec l'augmentation de la charge, de façon à former un mélange semblable à un brouillard ininterrompu et de convenable dans le courant/bourbillon dans le cylindre, sous /de fortes charges.
Ceci signifie que/taux d'utilisation de l'air à l'intérieur du cylindre sous de lourdes charges peut être for- tement amélioré. Ceci permet au moteur de travailler sans aucune gène dans des conditions pratiquement exemptes de fumée, même si le mélange est excessivement riche lorsqu'il est considéré dans
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son ensemble. Il n'y a pas de danger que le fonctionnement du moteur soit limité par la fumée d'échappement avant que le mélange devienne excessivement riche à travers tout le cylindre, comme c'est souvent le cas pour certains types de moteurs à alimentation stratifiée. Par conséquent, des fonctionnements sous pleine charge avec des mélanges excessivement riches sont rendus possible comme c'est le cas avec les moteurs classiques à carburateur.
De même, aucun accessoire ou élément supplémentaire analogue n'est requis pour les réductions nettes et simultanées des trois constituants nocifs des émissions d'échappement, à savoir l'oxyde de carbone, CO, les hydrocarbures, HC et les oxydes d'azote, NOx, qui sont des sources connues de danger pour le public et ainsi la présente invention contribue dans une grande mesure à la purification générale des gaz d'échappement provenant de moteurs à combustion interne.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
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