Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps et moteur pour la mise en aeuvre de ce procédé Le présent brevet a pour objet un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps, présentant une chambre de combus tion principale et une chambre de combustion auxi liaire communiquant avec la précédente par un pas sage d'étranglement et dont le volume ne dépasse pas celui de la chambre de combustion principale. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on injecte au moins,
une fraction de la charge totale de combus tible introduite par cycle dans le cylindre dans la chambre de combustion auxiliaire pendant la course de compression et en ce qu'on provoque l'allumage dans cette chambre au moyen d'un dispositif d'allu mage, le tout afin qu'au moment du fonctionnement du dispositif d'allumage il se trouve dans, la cham bre auxiliaire un mélange air combustible suscep tible d'être allumé.
Ce procédé pourrait, par exemple, être mis en couvre de la manière suivante : au cours de la course d'admission, de l'air est admis dans le cylindre. On introduit à chaque cycle une pleine charge d'air. La totalité de la charge de combustible est injectée dans la chambre auxiliaire. A plein régime, l'injection commence pendant la course d'admission et tout le combustible est intimement mélangé avec tout l'air aspiré. Il en résulte un mélange uniforme dans toute l'étendue de l'espace de combustion.
A très faible régime, l'injection est retardée jusqu'après le début de la course de compression. Etant donné que le sens de l'écoulement de l'air est alors inversé et que l'air se déplace de la chambre principale dans la chambre auxiliaire tout le combustible se trouve maintenu dans cette chambre.
Il existe ainsi un mé lange combustible au voisinage de la bougie d'allu mage tandis que la chambre principale ne contient que de l'air. Etant donné que tout combustible in- jecté avant que le piston n'ait atteint le point mort bas passe dans, la chambre principale, alors que celui injecté après que le piston a atteint le point mort bas demeure dans la chambre auxiliaire, il est clair que des modifications du moment auquel on pro cède à l'injection déterminera le rapport du mélange dans chaque chambre.
On peut régler simultanément la quantité de combustible injectée et le moment où commence l'injection de façon à assurer une strati fication correcte du combustible.
Dans une variante on peut mélanger une partie du combustible fournie pendant la course d'admis sion avec l'air entrant, avant qu'il arrive à la cham bre de combustion, seule la partie du combustible fournie pendant la course de compression étant in jectée dans la chambre de combustion auxiliaire. Cette variante est particulièrement avantageuse lors qu'une partie de l'air est admise directement dans la chambre de combustion principale.
Dans les cas d'un moteur agencé de façon que tout l'air est ad mis directement dans la chambre de combustion principale, cette façon de procéder est la seule qui donnera des résultats satisfaisants. Le brevet com prend également un moteur pour la mise en couvre de ce procédé.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce moteur et une variante de cette forme.
La fig. 1 est une coupe suivant 1-1 de la fig. 2, en regardant dans la direction des flèches, des cham bres de combustion de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une vue schématique en plan, en partie en coupe, de cette forme d'exécution, mon trant la pompe à injection et le dispositif de réglage du moment de l'injection. La fig. 4 est une coupe partielle de la pompe à injection.
La fig. 5 est une coupe du dispositif de réglage du moment de l'injection.
La fig. 6 est une coupe verticale d'une partie de la variante.
Le moteur auquel se rapportent des fig. 1 à 5 présente un cylindre 1 et un piston 2. Une paroi déportée 3 forme avec la culasse 4 du cylindre, une chambre de combustion auxiliaire 5. La chambre de combustion principale 6 est située au-dessus du pis ton 2. La chambre de combustion auxiliaire 5, dont le volume ne dépasse pas celui de la chambre de combustion principale 6 communique avec celle-ci par un passage d'étranglement 5'.
Une soupape d'ad mission 7 assure l'admission de l'air ou d'un mé lange d'air et de combustible pendant la course d'ad mission du piston et est commandée de la même manière que dans les moteurs ordinaires à quatre temps. Une soupape d'échappement 8, placée dans la culasse, au-dessus du piston, fonctionne égale ment à la facon habituelle de manière à assurer l'évacuation des produits de la combustion lors de la course d'échappement.
Une bougie d'allumage 9, disposée dans la paroi 3, fait saillie dans la chambre de combustion auxiliaire en vue d'allumer le mélange combustible-air au point mort haut de la course du piston ou au voisinage de ce point mort, entre la course de compression et la course motrice. Le mo- ment de est réglé à la façon habituelle.
Un injecteur de combustible 10 se trouve également dans la paroi 3 de manière à injecter du combusti ble dans la chambre de combustion auxiliaire 5. La pompe à combustible 30 fournit le combustible à l'injecteur 10, par une conduite reliée à l'ajutage de refoulement 34 de la pompe. La quantité de com bustible injectée et la période d'injection sont régla- bles comme on le verra plus en détail ci-dessous.
Ce moteur fonctionne comme suit: de l'air ou un mélange d'air et de combustible est aspiré dans la chambre de combustion, lors de la course d7admis- sion, par la soupape d'admission 7. Comme le pas sage d'admission ne présente aucun dispositif d'étran- glement sa section reste invariable pour toutes les conditions de marche et le poids d'air admis ne varie pas, de sorte que le taux de compression reste sensi blement le même aussi bien à bas régime qu'à plein régime.
Au moins une partie de la charge de combusti ble totale est injectée dans la chambre de combus tion auxiliaire 5, par la tuyère 10, le moment où se fait l'injection de combustible et la quantité de com bustible injectée variant selon la charge du moteur.
A cet effet la pompe à combustible 30 est entraînée par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage du mo ment d'injection 50 entraîné à partir du vilebrequin du moteur par une commande 51, l'arbre 31 de la pompe tournant à la moitié de la vitesse du vilebre- quin. Le dispositif de réglage 50 comprend un boîtier 52 divisé en deux parties par une plaque médiane 53 et renfermant un train d'engrenages 54, 55, 56,
57 reliant l'arbre de commande 58 lié mécanique ment au vilebrequin du moteur à l'arbre 31 de la pompe à combustible 30. Le train d'engrenages as sure une démultiplication de 2 à 1 de la vitesse entre l'arbre 58 tournant à la vitesse du vilebrequin du moteur et l'arbre commandé 31. Le boîtier, ainsi que la plaque médiane et le train d'engrenages, touril- lonnent en 60, 60' de façon à tourner concentrique ment aux deux arbres.
La rotation du boitier 52 produit un décalage angulaire entre les arbres 58 et 31 et par conséquent assure une modification de la période d'injection dans le cycle du moteur. De cette manière, on peut varier le moment de l'injection.
On change le débit de la pompe 30 par un déplacement de la crémaillère 43, le manchon de réglage 46 déplaçant alors angulairement le plongeur 32 et la position d'une rainure hélicoïdale 33 for mée dans le plongeur et d'une arête oblique 42 par rapport aux ouvertures 64 d'admission du combus tible par l'intermédiaire de la saillie 48 s'engageant dans des, fentes 47 du manchon.
En faisant tourner le boîtier 52 et en déplaçant la crémaillère. 43, qui peuvent être accouplés, méca niquement, on règle ainsi l'instant où commence l'in jection et la quantité de combustible injectée selon la charge du moteur.
Dans le fonctionnement du moteur qui vient d'être décrit deux cas extrêmes peuvent se présen ter 1) - le cas où le combustible est réparti dans, les deux chambres. 5 et 6 ; 2) - le cas. où tout le combustible se trouve dans la chambre 5, la chambre 6 n'en contenant pas. Dans le premier cas, on obtiendra la limite supé- rieure de puissance du moteur avec un minimum de détonation par un réglage tel qu'une partie du com- bustible soit injectée dans la chambre 5 pendant la course d'admission.
Dans le second cas, le réglage agit de façon que tout le combustible soit injecté pendant la course de compression. On obtient ainsi la limite inférieure de puissance du moteur compatible avec un mélange donné de combustible par rapport à l'air au point d'allumage. En localisant ainsi le combustible dans la chambre 5, c'est-à-dire au voisinage de la bougie 9, on peut utiliser effectivement une quantité de combustible qui par rapport à l'air total donnerait un mélange pauvre, compte tenu du fait que le poids de l'air admis ne varie pas.
On empêche également que le moteur cogne en ayant un mélange plus pau vre dans la chambre de combustion, loin du point d'allumage, de sorte que, lorsque le front de la flamme s'éloigne du point d'allumage, le mélange non brûlé se trouvant en avant de ce front est tou jours trop pauvre pour exploser violemment en don nant lieu à détonation. Lorsqu'au contraire, la puissance du moteur doit augmenter, les moyens de réglage décrits règlent la période moyenne d'injection et la quantité du com bustible afin d'en injecter une partie pendant la course d'admission et le reste pendant la course de compression.
La première partie se répartit unifor mément dans les deux chambres 5 et 6, tandis que le reste se répartit sensiblement seulement dans la chambre 5. En modifiant le moment de l'injection de combustible par rapport au moment du passage de l'admission à la compression, il est possible d'ob tenir presque tout rapport désiré de répartition du combustible.
Même à pleine puissance et surtout au maximum de la puissance du moteur le fonctionne ment avec deux types de mélanges différents dans les chambres de combustion est avantageux puisque l'on évite le cognement ou qu'on le réduit au moins à son minimum. On maintient au voisinage de la bougie 9 dans la chambre 5 un mélange relativement riche assurant une combustion facile, tandis que, dans la chambre de combustion 6, située à distance de la bougie, se trouve un mélange relativement pau vre évitant le cognement.
En général, on peut dire que lors de ce fonc tionnement le combustible fourni pendant la course d'admission est uniformément réparti dans les deux chambres. 5 et 6, tandis que celui qui est injecté pen dant la compression est retenue sensiblement complè tement dans la chambre auxiliaire 5. Toutefois, on peut modifier un peu cette répartition en modifiant les formes et le rapport des volumes. des deux cham bres de combustion, l'emplacement et le réglage des soupapes d'admission et d'échappement, l'emplace ment de l'injecteur de combustible et d'autres fac teurs.
Dans le moteur décrit, Pair pénètre dans le cylindre par la chambre de combustion auxiliaire, ce qui lui permet de passer dans le combustible qui est injecté dans cette chambre de combustion auxi liaire pendant la course d'admission du moteur, pour donner une répartition uniforme de ce combustible dans les. deux chambres de combustion.
Dans, la variante à laquelle se rapporte la fig. 6, il est prévu une admission d'air ou de mélange d'air et combustible à la fois, dans la chambre de combus tion auxiliaire et dans la chambre principale. Dans le cylindre 11, se déplace le piston 12 du moteur à quatre temps. La culasse 13 contient la chambre de combustion principale 14 comportant une partie dé portée, comme dans les moteurs courants; à culasse en L. Dans la partie déportée, se trouvent une sou pape d'admission principale 15 et une soupape d'échappement (non représentée).
La culasse 13 porte une culasse auxiliaire 16, montée par vissage, et qui présente une chambre de combustion auxiliaire 17 communiquant avec la chambre principale 14 par un passage d'étranglement 18. La culasse 16 est munie d'un injecteur de combustible 19 débouchant dans la chambre 17, d'une bougie 20 et d'une sou pape d'admission auxiliaire 21. Dans le cas où une partie du combustible est admise en mélange avec l'air pendant la course d'admission, par les soupapes d'admission, ces deux soupapes 15 et 21 seront, de préférence, en communication avec un collecteur ali menté par un dispositif carburateur.
Le fonctionnement du moteur représenté sur la fig. 6, est le même que celui décrit pour le moteur représenté sur les, fig. 1-5.A pleine puissance et à demi-puissance, la première moitié de la charge to tale en combustible est fournie aux chambres de combustion pendant la course d'admission, soit par injection dans la chambre 17, soit par admission dans les deux chambres 14 et 17, en mélange avec de l'air, tandis que l'autre moitié de la charge est injectée dans la chambre 17 pendant la course de compression.
En marche à vide, toute la charge de combusti ble est injectée dans la chambre 17 pendant la course de compression.
Dans une autre forme d'exécution le moteur pourrait être polycylindrique.
L'injection du combustible dans la chambre de combustion auxiliaire pourrait aussi être effectué au moyen d'air sous pression. Dans ce cas, la quantité d'air d'insufflation sera de préférence insuffisante pour former avec le combustible un mélange com bustible.
Method of operating a four-stroke internal combustion engine and engine for implementing this method The present patent relates to a method of operating a four-stroke internal combustion engine, having a combustion chamber main and an auxiliary combustion chamber communicating with the previous one by a wise throttle step and the volume of which does not exceed that of the main combustion chamber. This process is characterized in that at least one injects,
a fraction of the total fuel charge introduced by cycle into the cylinder in the auxiliary combustion chamber during the compression stroke and in that ignition is caused in this chamber by means of an ignition device, the whole so that when the ignition device is in operation, there is a combustible air mixture in the auxiliary chamber which may be ignited.
This process could, for example, be implemented as follows: during the intake stroke, air is admitted into the cylinder. A full charge of air is introduced at each cycle. The entire fuel charge is injected into the auxiliary chamber. At full throttle, injection begins during the intake stroke and all the fuel is intimately mixed with all the air sucked in. This results in a uniform mixture throughout the entire combustion space.
At very low speed, injection is delayed until after the start of the compression stroke. Since the direction of the air flow is then reversed and the air moves from the main chamber into the auxiliary chamber all the fuel is held in this chamber.
There is thus a combustible mixture in the vicinity of the ignition spark plug while the main chamber contains only air. Since any fuel injected before the piston has reached bottom dead center passes into the main chamber, while that injected after the piston has reached bottom dead center remains in the auxiliary chamber, it is clear that changes in the timing of injection will determine the mixing ratio in each chamber.
The quantity of fuel injected and the moment when the injection starts can be simultaneously adjusted so as to ensure correct stratification of the fuel.
In a variant it is possible to mix part of the fuel supplied during the intake stroke with the incoming air, before it arrives at the combustion chamber, only the part of the fuel supplied during the compression stroke being injected. in the auxiliary combustion chamber. This variant is particularly advantageous when part of the air is admitted directly into the main combustion chamber.
In the case of an engine arranged so that all the air is fed directly into the main combustion chamber, this is the only way of proceeding which will give satisfactory results. The patent com also takes a motor for the implementation of this process.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of this engine and a variant of this form.
Fig. 1 is a section on line 1-1 of FIG. 2, looking in the direction of the arrows, of the combustion chambers of this embodiment.
Fig. 2 is a section on 2-2 of FIG. 1. FIG. 3 is a schematic plan view, partly in section, of this embodiment, showing the injection pump and the device for adjusting the time of injection. Fig. 4 is a partial section of the injection pump.
Fig. 5 is a sectional view of the device for adjusting the time of injection.
Fig. 6 is a vertical section of part of the variant.
The motor to which figs relate. 1 to 5 has a cylinder 1 and a piston 2. An offset wall 3 forms with the cylinder head 4 of the cylinder, an auxiliary combustion chamber 5. The main combustion chamber 6 is located above the udder 2. The combustion chamber auxiliary combustion 5, the volume of which does not exceed that of the main combustion chamber 6 communicates with the latter through a throttle passage 5 '.
An inlet valve 7 provides for the admission of air or a mixture of air and fuel during the piston's mission stroke and is operated in the same manner as in ordinary four-wheel engines. time. An exhaust valve 8, placed in the cylinder head, above the piston, also operates in the usual way so as to ensure the evacuation of the products of combustion during the exhaust stroke.
A spark plug 9, arranged in the wall 3, protrudes into the auxiliary combustion chamber in order to ignite the fuel-air mixture at the top dead center of the piston stroke or in the vicinity of this dead center, between the compression stroke and driving stroke. The timing is set in the usual way.
A fuel injector 10 is also located in the wall 3 so as to inject fuel into the auxiliary combustion chamber 5. The fuel pump 30 supplies the fuel to the injector 10, via a pipe connected to the nozzle of the fuel. delivery 34 of the pump. The amount of fuel injected and the injection period are adjustable as will be seen in more detail below.
This engine operates as follows: air or a mixture of air and fuel is sucked into the combustion chamber, during the intake stroke, through the intake valve 7. As the intake step does not have any restricting device, its section remains invariable for all operating conditions and the weight of air admitted does not vary, so that the compression ratio remains appreciably the same both at low speed and full throttle.
At least a part of the total fuel charge is injected into the auxiliary combustion chamber 5, via the nozzle 10, the moment when the fuel injection takes place and the quantity of fuel injected varying according to the engine load. .
For this purpose, the fuel pump 30 is driven by means of an injection timing adjustment device 50 driven from the crankshaft of the engine by a control 51, the shaft 31 of the pump rotating halfway. of the crankshaft speed. The adjusting device 50 comprises a housing 52 divided into two parts by a middle plate 53 and enclosing a gear train 54, 55, 56,
57 connecting the control shaft 58 mechanically linked to the crankshaft of the engine to the shaft 31 of the fuel pump 30. The gear train has a reduction of the speed from 2 to 1 between the shaft 58 rotating at the engine crankshaft speed and the driven shaft 31. The housing, together with the middle plate and the gear train, rotate 60, 60 'so as to rotate concentrically to the two shafts.
The rotation of the housing 52 produces an angular offset between the shafts 58 and 31 and therefore ensures a modification of the injection period in the engine cycle. In this way, the timing of the injection can be varied.
The flow rate of the pump 30 is changed by a displacement of the rack 43, the adjusting sleeve 46 then angularly displacing the plunger 32 and the position of a helical groove 33 formed in the plunger and of an oblique edge 42 relative to to the fuel inlet openings 64 via the projection 48 engaging in the slots 47 of the sleeve.
By rotating the housing 52 and moving the rack. 43, which can be mechanically coupled, thus regulating the instant when the injection begins and the quantity of fuel injected according to the engine load.
In the operation of the engine which has just been described two extreme cases can arise 1) - the case where the fuel is distributed in the two chambers. 5 and 6; 2) - the case. where all the fuel is in chamber 5, chamber 6 not containing any. In the former case, the upper limit of engine power will be obtained with a minimum of detonation by a setting such that part of the fuel is injected into chamber 5 during the intake stroke.
In the second case, the adjustment acts so that all the fuel is injected during the compression stroke. This gives the lower limit of engine power compatible with a given mixture of fuel relative to air at the ignition point. By thus locating the fuel in chamber 5, that is to say in the vicinity of spark plug 9, a quantity of fuel can effectively be used which, with respect to the total air, would give a lean mixture, taking into account the fact that the weight of the air admitted does not vary.
The engine knocking is also prevented by having a poorer mixture in the combustion chamber, away from the ignition point, so that when the flame front moves away from the ignition point, the unburned mixture being in front of this front is always too poor to explode violently giving rise to detonation. When, on the contrary, the engine power must increase, the adjustment means described adjust the average injection period and the quantity of fuel in order to inject part of it during the intake stroke and the rest during the fuel stroke. compression.
The first part is distributed uniformly in the two chambers 5 and 6, while the rest is distributed substantially only in chamber 5. By modifying the moment of fuel injection in relation to the moment of the passage from the admission to the compression, almost any desired fuel distribution ratio can be achieved.
Even at full power and above all at maximum engine power, operation with two different types of mixtures in the combustion chambers is advantageous since knocking is avoided or at least reduced to its minimum. A relatively rich mixture is maintained in the vicinity of the candle 9 in the chamber 5 ensuring easy combustion, while in the combustion chamber 6, located at a distance from the candle, there is a relatively lean mixture preventing knocking.
In general, it can be said that during this operation the fuel supplied during the intake stroke is uniformly distributed in the two chambers. 5 and 6, while that which is injected during compression is retained substantially completely in the auxiliary chamber 5. However, this distribution can be modified a little by modifying the shapes and the volume ratio. of the two combustion chambers, the location and adjustment of the intake and exhaust valves, the location of the fuel injector and other factors.
In the engine described, Air enters the cylinder through the auxiliary combustion chamber, which allows it to pass into the fuel which is injected into this auxiliary combustion chamber during the intake stroke of the engine, to give a uniform distribution. of this fuel in. two combustion chambers.
In, the variant to which FIG. 6, there is provided an intake of air or mixture of air and fuel both in the auxiliary combustion chamber and in the main chamber. In cylinder 11, the piston 12 of the four-stroke engine moves. The cylinder head 13 contains the main combustion chamber 14 comprising a bearing part, as in current engines; cylinder head in L. In the remote part, there is a main inlet valve 15 and an exhaust valve (not shown).
The cylinder head 13 carries an auxiliary cylinder head 16, mounted by screwing, and which has an auxiliary combustion chamber 17 communicating with the main chamber 14 by a throttling passage 18. The cylinder head 16 is provided with a fuel injector 19 opening into chamber 17, a spark plug 20 and an auxiliary intake valve 21. In the event that part of the fuel is admitted mixed with air during the intake stroke, through the intake valves , these two valves 15 and 21 will preferably be in communication with a manifold supplied by a carburetor device.
The operation of the motor shown in fig. 6, is the same as that described for the engine shown in, fig. 1-5 At full power and at half power, the first half of the total fuel charge is supplied to the combustion chambers during the intake stroke, either by injection into chamber 17 or by intake into both chambers 14 and 17, mixed with air, while the other half of the load is injected into chamber 17 during the compression stroke.
In idle operation, all of the fuel charge is injected into chamber 17 during the compression stroke.
In another embodiment, the motor could be polycylindrical.
The injection of fuel into the auxiliary combustion chamber could also be carried out by means of pressurized air. In this case, the amount of blowing air will preferably be insufficient to form a combustible mixture with the fuel.