<B>Procédé de fonctionnement d'un</B> moteur <B>à</B> combustion interne <B>à</B> piston <B>et moteur pour la</B> mise <B>en</B> aeuvre <B>de ce procédé</B> Pour faire fonctionner les moteurs à com bustion interne à piston, on introduit habi tuellement dans le cylindre un mélange d'air et de combustible dont on tend à maintenir les proportions à la valeur stoïchiométrique ou presque.
Dans les moteurs à quatre temps, on règle d'habitude la puissance fournie quantita tivement en réglant la quantité d'air introduit dans le cylindre, ce qui a l'inconvénient de faire varier défavorablement les proportions du mélange et ainsi de réduire le rendement thermique du cycle à une valeur inférieure à celle qu'on peut escompter en réglant la qua lité du mélange, c'est-à-dire la teneur en com bustible du mélange introduit dans le cylindre lorsque le moteur fonctionne sous charge par tielle.
On a déjà essayé, par des moyens connus, d'effectuer un réglage qualitatif partiel en même temps que le réglage quantitatif en faisant varier la composition du mélange, c'est- à-dire en rendant le mélange plus pauvre sous charge partielle que sous charge totale. Mais l'apprauvrissement du mélange est limité par le fait que, s'il dépasse certaines limites, au moment où le mélange devrait fournir de la puissance, il ne s'allume pas régulièrement ou même ne s'allume pas du tout.
Lorsqu'il s'agit de moteurs à deux temps, on règle la puissance qualitativement en faisant arriver dans le cylindre une plus petite quantité du mélange en proportions stoïchiométriques ou presque et en le mélangeant avec une plus grande quantité correspondante de gaz brûlés restant dans le cylindre.
Lorsque la charge est faible, le mélange contenu dans le cylindre devient trop pauvre pour s'allumer après une course de compression et, par suite, le mélange ne s'allume pas pendant un ou plusieurs tours du moteur, jusqu'à ce que le mélange contenu dans le cylindre qui a été enrichi à plusieurs reprises par le mélange frais qui y arrive et auquel on a souvent donné à cet effet une com position plus riche que celle correspondant aux proportions stoïchiométriques, soit devenu assez riche pour s'allumer.
Lorsque la charge est faible, ce défaut d'allumage pendant des tours du moteur annule en totalité ou en partie l'avantage que le réglage qualitatif procure au point de vue de la consommation de combus tible.
L'invention a pour objet un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion in terne à piston comportant une antichambre, lequel, afin de permettre de remédier à ces inconvénients est caractérisé en ce que l'on introduit un mélange pauvre de combustible et d'air dans le cylindre et en ce que l'on forme un mélange plus riche dans l'antichambre en y injectant du combustible, l'allumage s'effec tuant dans l'antichambre au moyen d'un dis positif d'allumage. L'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne à piston, comportant une antichambre, pour la mise en oeuvre du pro cédé spécifié ci-dessus.
Ce moteur est caracté risé en ce qu'il comprend un dispositif pour l'injection de combustible dans l'antichambre et un dispositif pour provoquer l'allumage dans l'antichambre.
Le dessin annexé représente, schématique ment, à titre d'exemple, deux formes d'exécu tion du moteur objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma de la première forme d'exécution, et la fig. 2 est un schéma de la seconde forme d'exécution.
Chacun des moteurs représentés comporte un cylindre 1, un piston 2 et une antichambre 3. Les dimensions de l'antichambre sont de pré férence choisies de façon que son volume soit compris entre 15 et 35 % du volume total de la chambre de compression. L'expression chambre de compression désigne la partie du cylindre du moteur qui se trouve au-dessus du piston lorsque celui-ci se trouve à son point mort haut, plus l'antichambre.
Dans le moteur à deux temps représenté à la fig. 1, du mélange pauvre est admis par un tuyau d'air 4 qui comporte un carburateur muni d'une soupape de réglage 7 disposée sur un conduit d'amenée de combustible. Un mélange plus riche est formé dans l'an tichambre 3, vers la fin de la course du piston vers 1e bas, c'est-à-dire lorsque la pression dans le cylindre est faible. Ce mélange est formé en injectant du combustible au moyen d'une simple pompe à combustible à basse pression 14 comportant une soupape de réglage 11.
Une bougie d'allumage 8 destinée à allu mer le mélange plus riche vers la fin de la course de compression est également montée dans l'antichambre 3. Etant donné que le mé lange dans l'antichambre est suffisamment riche, il s'y allume facilement. La combustion se propage facilement au mélange pauvre, qui se trouve dans le reste de la chambre de com pression. Le mélange de gaz brûlant dans l'an tichambre se dilate en raison de son éléva tion de température et pénètre dans le cylindre du moteur dont le volume augmente au com mencement de la course du piston vers le bas. Grâce à l'intensité de la circulation et à la turbulence simultanée, la combustion se pro page d'une manière satisfaisante dans le mé lange pauvre.
La composition du mélange pauvre qui arrive par la soupape d'admission 5 doit de préférence être choisie de façon que sa teneur en combustible soit inférieure à 80% de celle qui correspond à la composition stoïchiomé- trique et la quantité de combustible destiné à la formation du mélange plus riche est de pré férence choisie de façon à assurer que le mé lange contenu dans l'antichambre soit de pro portions au moins approximativement stoï- chiométriques ce qui, dans ces conditions,
correspond à une quantité de combustible com- prise entre 15 et 35 % de la consommation totale de combustible en pleine charge. Si la quantité de combustible introduite dans l'anti chambre est trop forte, il peut en résulter une consommation superflue de combustible. Si elle est trop faible, l'allumage est défectueux.
Avec la limite précitée de 15 0/0, lorsque le volume de l'antichambre ne dépasse pas 15 % du volume total de la chambre de compression, on peut obtenir encore un allumage satisfaisant et la combustion se propage bien dans le mé lange pauvre.
Si la quantité de combustible destinée à former le mélange plus riche est trop forte, cela peut provoquer une détonation. La teneur en combustible de l'ensemble du mélange plus riche et du mélange plus pauvre peut alors être telle que le mélange pauvre, en se mé- langeant légèrement avec le mélange plus riche par diffusion ou de toute autre manière, acquiert une composition susceptible de pro voquer brusquement la combustion de la partie non brûlée comprimée, en donnant ainsi lieu à une détonation. Il y a lieu de remarquer que l'injection de combustible dans l'antichambre doit de préférence s'effectuer au commence ment dé la course de compression, lorsque la pression dans le cylindre est encore faible et pendant que le mélange plus riche ne peut passer de l'antichambre dans le cylindre.
Si le mélange pauvre est trop riche, il est bien évi dent qu'une détonation risque également de se produire. Le procédé décrit est également applicable aux moteurs à quatre temps. Dans un tel mo teur, le mélange pauvre est aspiré par le mo teur et les produits de la combustion sortent de la chambre de compression, par exemple par une soupape d'échappement disposée dans la culasse du cylindre. Dans un moteur à deux temps comme celui représenté à la fig. 1, l'air nécessaire au mélange pauvre doit être com primé par le compresseur de balayage habituel. Les produits de la combustion sortent alors du cylindre par des lumières 13 pratiquées dans sa paroi.
La fig. 2 représente schématiquement un moteur à deux temps du type dans lequel l'air de balayage est comprimé dans le carter du vilebrequin. Des dispositifs d'alimentation com portant des dispositifs de commande respectifs pour le réglage de la formation des mélanges pauvre et plus riche, sont respectivement dési gnés par 19 et 20. Pendant la course de com pression, le mélange pauvre est aspiré dans la chambre 22 du carter du vilebrequin par un tuyau 4, à travers une soupape de retenue 21, et à la fin de la course motrice il parvient par un tuyau 23 et des lumières d'admission 24 dans le cylindre 1 dans lequel il déplace les produits de la combustion qui sortent du cy lindre par une soupape d'échappement 25.
Le combustible destiné à former le mélange plus riche est de préférence injecté immédiatement après que les lumières d'admission 24 ont été fermées par le piston 2, c'est-à-dire au com mencement de la course de compression.
Le réglage des formes d'exécution décrites est effectué au moyen de la soupape de ré glage 7 ou du dispositif de commande 19 et il est évident que ce réglage n'exerce pas d'in fluence sur le remplissage du cylindre et qu'il est donc exclusivement qualitatif.
Le rende ment thermique du cycle sous faible charge est élevé du fait que le fluide qui parcourt le cycle consiste sensiblement en air qui, en raison de ses propriétés thermiques et princi palement de la valeur du rapport<B><U>9</U></B> , pos- Cv sède un rendement thermique de cycle pé riodique supérieur à celui d'un mélange de combustible et d'air de proportions presque stoïchiométriques. De plus, on supprime les pertes dues au pompage qui, lorsque le réglage est quantitatif, résultent de la réduction de section du tuyau d'alimentation.
Le procédé décrit permet donc de remédier aux inconvénients d'un réglage qualitatif qui, entre autres, consistent en une faible intensité de combustion des mélanges pauvres donnant lieu à une combustion retardée, et en un allu mage incertain. Le procédé décrit présente en outre l'avan tage de permettre d'effectuer le balayage d'un moteur à deux temps même lorsque la charge est nulle, c'est-à-dire lorsque la soupape 7 est presque fermée et que le mélange est très pauvre, de sorte qu'il n'y a pratiquement pas de perte de combustible.
Le fonctionnement dit à quatre courses à vide ne se produit pas non plus sous charge nulle, car même dans ces conditions le mélange de l'antichambre est assez riche pour être allumé par la bougie d'allumage 8. La pompe à combustible 14 de la première forme d'exécution représentée à la fig. 1 peut être une pompe très simple, par exemple une petite pompe à diaphragme, car cette pompe assure seulement une alimentation à basse pression.
Dans cette forme d'exécution, la soupape de réglage 11 sert à régler l'arrivée du com bustible destiné à former le mélange plus riche et n'est pas utilisée comme organe de réglage pendant la marche normale, quoique cette possibilité de réglage supplémentaire ne soit pas exclue.
Il n'est pas non plus exclu de procéder à un réglage supplémentaire au moyen d'une soupape de réduction, non représentée, qui pourrait être disposée dans le tuyau d'arrivée d'air 4, dans le but d'effectuer un freinage au moyen du moteur ou de stabiliser sa marche sous très faible charge.
Dans le procédé décrit, le risque de défaut d'allumage est ainsi éliminé, même sous faible charge, par la présence dans l'antichambre d'un mélange riche s'allumant facilement. Le réglage qualitatif peut alors être réalisé en agissant sur la composition du mélange pauvre introduit dans la partie principale de la chambre de compression.
Un autre avantage du procédé décrit con siste en une notable diminution du risque de détonation, due au fait que le gaz qui brûle en dernier lieu, c'est-à-dire la partie non brûlée qui, pendant que la combustion se propage à partir du point d'allumage, est comprimée sous l'effet de l'augmentation de volume des gaz qui brûlent déjà et qui continuent de brûler, est pauvre.
Cette partie des gaz peut par consé quent subir une forte compression sans que sa température et sa pression risquent d'atteindre une valeur assez élevée pour que ladite partie des gaz brûle' simultanément ou presque dans la totalité de son volume, ce qui provoquerait le choc de combustion<B> </B> caractéristique de la détonation.
La diminution considérable du risque d'auto-allumage permet d'utiliser des rapports de compression de valeur élevée, par exemple de 1 : 10 ; de sorte que le rendement ther mique des moteurs décrits peut être plus élevé que celui d'un moteur à essence normal, leur couple à pleine charge étant plus fort et leur consommation d'essence étant moindre, dans toutes les conditions de charge.
Le procédé décrit peut être appliqué éga lement à d'autres types de moteur à com bustion, par exemple à des moteurs à gaz comportant un tuyau d'admission de gaz dé bouchant dans un conduit d'admission pour l'air de combustion et servant à former le mé lange pauvre, ce tuyau comportant un organe de réglage susceptible d'être actionné au moyen d'un dispositif de commande.
<B> Method of operating a </B> internal combustion <B> </B> engine <B> with </B> piston <B> and engine for the </B> setting <B> <B> / B> work <B> of this process </B> To operate internal combustion piston engines, a mixture of air and fuel is usually introduced into the cylinder, the proportions of which are tended to be maintained at the stoichiometric value or almost.
In four-stroke engines, the power supplied is usually controlled quantitatively by adjusting the quantity of air introduced into the cylinder, which has the drawback of varying the proportions of the mixture unfavorably and thus of reducing the thermal efficiency. cycle to a value lower than that which can be expected by adjusting the quality of the mixture, that is to say the fuel content of the mixture introduced into the cylinder when the engine is operating under partial load.
An attempt has already been made, by known means, to carry out a partial qualitative adjustment at the same time as the quantitative adjustment by varying the composition of the mixture, that is to say by making the mixture leaner under partial load than under. total load. But the depletion of the mixture is limited by the fact that, if it exceeds certain limits, by the time the mixture is expected to provide power, it does not light up regularly or even light up at all.
In the case of two-stroke engines, the power is adjusted qualitatively by causing a smaller quantity of the mixture to flow into the cylinder in or nearly stoichiometric proportions and by mixing it with a corresponding larger quantity of burnt gases remaining in the cylinder. cylinder.
When the load is low, the mixture in the cylinder becomes too lean to ignite after a compression stroke and, as a result, the mixture does not ignite for one or more revolutions of the engine, until the mixture contained in the cylinder which has been enriched several times by the fresh mixture which arrives there and which has often been given for this purpose a richer composition than that corresponding to the stoichiometric proportions, has become rich enough to ignite.
When the load is low, this failure to ignite during revolutions of the engine completely or partially cancels out the advantage that the qualitative control provides from the point of view of fuel consumption.
The object of the invention is a method of operating an internal piston combustion engine comprising an antechamber, which, in order to make it possible to remedy these drawbacks, is characterized in that a lean mixture of fuel and d air in the cylinder and in that a richer mixture is formed in the antechamber by injecting fuel therein, ignition taking place in the antechamber by means of an ignition device. The subject of the invention is also a piston internal combustion engine, comprising an antechamber, for implementing the process specified above.
This engine is characterized in that it comprises a device for injecting fuel into the antechamber and a device for causing ignition in the antechamber.
The appended drawing represents, schematically, by way of example, two embodiments of the engine which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a diagram of the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram of the second embodiment.
Each of the engines shown comprises a cylinder 1, a piston 2 and an antechamber 3. The dimensions of the antechamber are preferably chosen so that its volume is between 15 and 35% of the total volume of the compression chamber. The expression compression chamber designates the part of the engine cylinder which is located above the piston when the latter is at its top dead center, plus the antechamber.
In the two-stroke engine shown in fig. 1, the lean mixture is admitted through an air pipe 4 which comprises a carburetor provided with a regulating valve 7 arranged on a fuel supply pipe. A richer mixture is formed in chamber 3, near the end of the piston stroke down, ie when the pressure in the cylinder is low. This mixture is formed by injecting fuel by means of a simple low pressure fuel pump 14 comprising a control valve 11.
A spark plug 8 intended to ignite the richer mixture towards the end of the compression stroke is also fitted in the antechamber 3. Since the mixture in the antechamber is sufficiently rich, it ignites there. easily. Combustion easily propagates to the lean mixture, which is in the rest of the pressure chamber. The gas mixture burning in the chamber expands due to its temperature rise and enters the engine cylinder, the volume of which increases as the piston stroke begins downward. By virtue of the intensity of the circulation and the simultaneous turbulence, combustion progresses satisfactorily in the lean mixture.
The composition of the lean mixture which arrives through the inlet valve 5 should preferably be chosen so that its fuel content is less than 80% of that which corresponds to the stoichiometric composition and the amount of fuel intended for the formation. of the richer mixture is preferably chosen so as to ensure that the mixture contained in the antechamber is in at least approximately stoichiometric proportions which, under these conditions,
corresponds to a quantity of fuel comprised between 15 and 35% of the total fuel consumption at full load. If the quantity of fuel introduced into the anti-chamber is too high, it may result in unnecessary fuel consumption. If it is too low, the ignition is faulty.
With the aforementioned limit of 15%, when the volume of the antechamber does not exceed 15% of the total volume of the compression chamber, a satisfactory ignition can still be obtained and combustion propagates well in the lean mixture.
If the amount of fuel to form the richer mixture is too much, it can cause a detonation. The fuel content of the whole richer mixture and the leaner mixture can then be such that the lean mixture, on mixing slightly with the richer mixture by diffusion or in any other manner, acquires a composition capable of abruptly causing combustion of the compressed unburned part, thus giving rise to a detonation. It should be noted that the fuel injection into the antechamber should preferably take place at the start of the compression stroke, when the pressure in the cylinder is still low and while the richer mixture cannot pass. from the anteroom into the cylinder.
If the lean mixture is too rich, it is obvious that a detonation is also likely to occur. The method described is also applicable to four-stroke engines. In such an engine, the lean mixture is sucked in by the engine and the combustion products exit the compression chamber, for example through an exhaust valve arranged in the cylinder head. In a two-stroke engine such as that shown in FIG. 1, the air required for the lean mixture must be compressed by the usual scavenging compressor. The combustion products then exit the cylinder through openings 13 made in its wall.
Fig. 2 schematically shows a two-stroke engine of the type in which the purging air is compressed in the crankshaft housing. Feeding devices comprising respective control devices for regulating the formation of lean and richer mixtures are respectively designated by 19 and 20. During the compression stroke, the lean mixture is sucked into chamber 22. from the crankcase of the crankshaft through a pipe 4, through a check valve 21, and at the end of the driving stroke it arrives through a pipe 23 and intake ports 24 in the cylinder 1 in which it moves the products of the combustion that exit the cylinder through an exhaust valve 25.
The fuel intended to form the richer mixture is preferably injected immediately after the intake ports 24 have been closed by the piston 2, that is to say at the start of the compression stroke.
The adjustment of the embodiments described is effected by means of the regulating valve 7 or the control device 19 and it is obvious that this adjustment does not exert any influence on the filling of the cylinder and that it is therefore exclusively qualitative.
The thermal efficiency of the cycle under low load is high due to the fact that the fluid which passes through the cycle consists essentially of air which, due to its thermal properties and mainly of the value of the ratio <B> <U> 9 </ U > </B>, has a periodic cycle thermal efficiency higher than that of a mixture of fuel and air of almost stoichiometric proportions. In addition, the losses due to pumping are eliminated which, when the adjustment is quantitative, result from the reduction in the section of the supply pipe.
The method described therefore makes it possible to remedy the drawbacks of a qualitative control which, inter alia, consist in a low combustion intensity of the lean mixtures giving rise to a delayed combustion, and in an uncertain ignition. The method described also has the advantage of making it possible to sweep a two-stroke engine even when the load is zero, that is to say when the valve 7 is almost closed and the mixture is very lean, so that there is practically no loss of fuel.
The so-called four-stroke empty operation also does not occur under zero load, because even under these conditions the mixture in the antechamber is rich enough to be ignited by the spark plug 8. The fuel pump 14 of the first embodiment shown in FIG. 1 can be a very simple pump, for example a small diaphragm pump, since this pump only provides a low pressure supply.
In this embodiment, the regulating valve 11 serves to regulate the arrival of the fuel intended to form the richer mixture and is not used as a regulating member during normal operation, although this additional possibility of regulation does not. is not excluded.
It is also not excluded to carry out an additional adjustment by means of a reduction valve, not shown, which could be arranged in the air inlet pipe 4, in order to effect braking at means of the engine or to stabilize its operation under very light load.
In the method described, the risk of ignition failure is thus eliminated, even under low load, by the presence in the antechamber of a rich mixture which ignites easily. The qualitative adjustment can then be carried out by acting on the composition of the lean mixture introduced into the main part of the compression chamber.
Another advantage of the described process consists in a notable reduction in the risk of detonation, due to the fact that the gas which burns last, that is to say the unburned part which, while combustion propagates from from the ignition point, is compressed under the effect of the increase in volume of the gases which are already burning and which continue to burn, is poor.
This part of the gases can consequently undergo a strong compression without its temperature and its pressure risking reaching a value high enough for said part of the gases to burn simultaneously or almost in the whole of its volume, which would cause the shock. combustion <B> </B> characteristic of the detonation.
The considerable reduction in the risk of self-ignition makes it possible to use compression ratios of high value, for example of 1: 10; so that the thermal efficiency of the engines described can be higher than that of a normal gasoline engine, their full load torque being higher and their gasoline consumption being lower, under all load conditions.
The method described can also be applied to other types of combustion engine, for example to gas engines having a gas inlet pipe which is blocked in an inlet pipe for the combustion air and serves. in forming the lean mixture, this pipe comprising an adjustment member capable of being actuated by means of a control device.