La présente invention concerne un moteur à explosion à quatre temps, comportant au moins un cylindre et un jeu de soupapes d'admission et d'échappement disposées latéralement par rapport au cylindre et actionnées par au moins un arbre à cames latéral, les siéges des soupapes étant situés au niveau de l'un des bords du cylindre et leurs tiges étant parallèles à l'axe de celui-ci, le cylindre et les têtes des soupapes étant coiffés par une culasse comportant dans sa surface tournée vers le cylindre un évidement dont la hauteur au-dessus des sièges de soupapes est supérieure à la course de celles-ci.
Un moteur de ce genre est décrit dans le brevet suisse N" 576069.
L'invention a pour but de permettre d'effectuer l'injection directe d'un carburant liquide dans un tel moteur à un instant approprié en fonction du combustible de façon à obtenir un degré de vaporisation optimal du carburant lors de son injection et un mélange efficace de ce dernier avec le courant d'air admis, de façon à réaliser une combustion aussi complète que possible.
A cet effet, le moteur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un injecteur de carburant liquide, disposé en regard de la surface de la tête d'une soupape d'échappement tournée du côté dudit évidement, cet injecteur étant agencé de façon à permettre l'injection du carburant en direction de cette surface.
Ainsi, grâce au fait que le carburant est injecté en direction de la surface de la tête d'une soupape d'échappement, la fraction d'un carburant lourd injecté qui n'est pas vaporisée dès son entrée dans l'évidement de la culasse arrive en contact à l'état liquide avec cette surface qui est à température élevée lorsque le moteur est en fonctionnement et elle est au moins en partie également transformée en vapeur et mélangée avec l'air admis dans le cylindre.
Le fait que l'injection du carburant, sa vaporisation et son mélange avec l'air soient effectués non pas directement dans le cylindre mais dans l'évidement de la culasse qui est disposé en position latérale par rapport à l'ouverture du cylindre permet d'obtenir un mélange optimal du carburant avec l'air avant la phase d'explosion.
Il est à remarquer que l'injection du carburant peut être effectuée soit pendant l'aspiration de l'air dans le cylindre (aspiration qui produit un fort courant tourbillonnaire d'air dans l'évidement de la culasse), soit après fermeture de la soupape d'admission, selon la composition du carburant et les paramètres de fonctionnement du moteur.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du moteur selon l'invention.
La figure unique est une vue schématique en perspective et partiellement en transparence d'un cylindre et d'une partie de la culasse, montrant la disposition relative du cylindre, d'une soupape d'admission, de la surface de la tête d'une soupape d'échappement d'un injecteur de carburant et d'une bougie d'allumage.
L'injecteur I est placé en regard de la surface 2 de la tête d'une soupape d'échappement. Ainsi, lorsqu'on injecte du carburant liquide dans l'évidement 3 de la culasse 4, la fraction de ce carburant qui n'est pas vaporisée dés son entrée dans l'évidement 3 arrive en contact à l'état liquide avec la surface 2 de la tête de la soupape d'échappement qui est à une température élevée lors du fonctionnement du moteur.
Les vapeurs de carburant se mélangent de manière optimale avec l'air introduit dans le cylindre qui arrive sous forme d'un fort courant tourbillonnaire (représenté schématiquement au dessin par la flèche 5), lorsque la soupape d'admission 6 est en position d'ouverture, à travers un conduit approprié 7 ménagé dans la culasse 4.
Ainsi, lorsque le mélange d'air et de carburant est introduit dans le cylindre 8, la distribution des vapeurs du carburant dans l'air est très homogène et ce mélange a subi un préchauffage dans
I'évidement 3, ce qui permet une combustion parfaite du mélange
lors de l'explosion déclenchée de manière usuelle par la bougie
d'allumage 9.
La forme de la culasse 4 et celle de l'évidement 3 peuvent être,
bien entendu, différentes de celles qui sont représentées sur le
dessin. En particulier, I'évidement 3 pourrait avoir non pas une
forme arrondie, mais présenter des arêtes rectilignes.
La surface 2 de la tête de la soupape d'échappement peut
également avoir toute forme appropriée, permettant d'obtenir une bonne vaporisation du combustible injecté et une bonne distribu
tion de celui-ci, dans l'évidement 3, en régime d'écoulement
turbulent. En particulier, cette surface peut présenter une combi
naison de parties concaves et de parties convexes, par exemple
avec au moins une partie protubérante, notamment sous forme de
pointe, cette protubérance étant éventuellement en un matériau
ayant des propriétés thermiques différentes de celles du reste de la
surface 2, de manière à permettre à la protubérance de constituer
un point chaud, ayant une température supérieure à celle du reste
de la surface 2, lorsque le moteur est en fonctionnement,
et à
faciliter ainsi la vaporisation du carburant lorsque l'on injecte ce
dernier sous forme d'un jet dirigé vers cette protubérance. Bien
entendu, on peut également réaliser un tel point chaud ou une
plage chaude même si la surface 2 de la tête de la soupape
d'échappement est plate ou concave. Des canalisations de forme
appropriée, par exemple en spirale, peuvent être, en outre, éven
tuellement ménagées sur la surface 2.
Il va de soi que le nombre d'arbres à cames et celui des ran
gées de soupapes du moteur selon l'invention peuvent être quel
conques, par exemple un ou deux.
Il peut être, en outre, avantageux que le moteur comprenne
deux évidements 3, disposés symétriquement par rapport à l'axe
du cylindre, un ensemble d'arbre à cames, de soupapes d'admis
sion et/ou d'échappement ainsi que d'injecteur de carburant étant
associé à chacun des deux évidements 3.
Le moteur qui vient d'être décrit présente l'avantage de pou
voir fonctionner non seulement en utilisant n'importe quel carbu
rant usuel, mais surtout avec un carburant ayant un bas indice
d'octane et ne contenant ni dérivé de plomb, ni composé cataly
seur ou autre additif.
Dans le cas où l'on utilise comme carburant le kérosène, on
peut obtenir facilement le démarrage à froid du moteur grâce à
l'emploi d'une bougie à incandescence, agencée de manière à
permettre la vaporisation du carburant même pendant la période
où la surface de la soupape d'échappement n'est pas encore
; suffisamment chaude, ou encore en utilisant comme carburant
auxiliaire de démarrage un combustible léger dont on remplace, à
l'aide d'un système de commutation automatique, I'injection par
celle du kérosène lorsque la surface de la soupape d'échappement
a atteint une température suffisante pour permettre la vaporisa
tion thermique de ce dernier carburant.
Le moteur selon l'invention peut être, en outre, éventuellement
muni d'un système d'injection d'un liquide ou fluide d'appoint
facilement vaporisable mais essentiellement non combustible dans
les conditions d'utilisation du moteur, comme de l'eau, de la vapeur d'eau, ou encore un mélange d'eau et d'alcool dont la
fonction est de modifier les équilibres des réactions de combustion
du carburant en vue de rendre celles-ci plus complètes et de
permettre l'obtention de gaz d'échappement n'ayant aucun effet
nocif sur l'environnement, par exemple des gaz ne contenant que
de la vapeur d'eau et du gaz carbonique.
L'injecteur de ce fluide d'appoint peut être disposé soit dans le
même évidement que celui où débouche l'injecteur de carburant,
soit dans un autre évidement approprié, par exemple un évide
ment placé symétriquement, du côté opposé à celui où l'on injecte
le carburant.
Le moteur selon l'invention présente de nombreux avantages
par rapport aux moteurs à explosion classiques. En particulier,
outre les avantages qui ont été indiqués plus haut, il permet d'obtenir une combustion parfaite du carburant, en particulier dans le cas de l'emploi de combustibles légers, qui se traduit par l'abaissement à une très faible valeur de la teneur des gaz d'échappement en gaz nocifs ainsi que, dans le cas de l'emploi comme carburant de combustibles lourds (kérosène, par exemple)
I'obtention d'une marche silencieuse exempte des bruits et claquements usuels.
The present invention relates to a four-stroke internal combustion engine, comprising at least one cylinder and a set of intake and exhaust valves arranged laterally with respect to the cylinder and actuated by at least one lateral camshaft, the valve seats being located at one of the edges of the cylinder and their rods being parallel to the axis thereof, the cylinder and the valve heads being capped by a cylinder head comprising in its surface facing the cylinder a recess whose height above the valve seats is greater than the stroke thereof.
A motor of this kind is described in Swiss patent N "576069.
The object of the invention is to make it possible to perform the direct injection of a liquid fuel into such an engine at an appropriate time depending on the fuel so as to obtain an optimum degree of vaporization of the fuel during its injection and a mixture. efficiency of the latter with the air flow admitted, so as to achieve as complete combustion as possible.
To this end, the engine according to the invention is characterized in that it comprises at least one liquid fuel injector, arranged opposite the surface of the head of an exhaust valve facing the side of said recess, this injector being arranged so as to allow fuel injection in the direction of this surface.
Thus, thanks to the fact that the fuel is injected in the direction of the surface of the head of an exhaust valve, the fraction of a heavy fuel injected which is not vaporized as soon as it enters the recess of the cylinder head comes into contact in the liquid state with this surface which is at high temperature when the engine is in operation and it is at least in part also transformed into vapor and mixed with the air admitted into the cylinder.
The fact that the injection of the fuel, its vaporization and its mixture with the air are carried out not directly in the cylinder but in the recess of the cylinder head which is arranged in a lateral position with respect to the opening of the cylinder makes it possible to '' obtain an optimal mixture of fuel with air before the explosion phase.
It should be noted that the fuel injection can be carried out either during the suction of air in the cylinder (suction which produces a strong swirling current of air in the recess of the cylinder head), or after closing the cylinder head. intake valve, depending on the composition of the fuel and the operating parameters of the engine.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment of the engine according to the invention.
The single figure is a schematic perspective view and partially in transparency of a cylinder and part of the cylinder head, showing the relative arrangement of the cylinder, an inlet valve, the surface of the head of a exhaust valve of a fuel injector and a spark plug.
The injector I is placed opposite the surface 2 of the head of an exhaust valve. Thus, when liquid fuel is injected into the recess 3 of the cylinder head 4, the fraction of this fuel which is not vaporized upon entering the recess 3 comes into contact in the liquid state with the surface 2 of the head of the exhaust valve which is at a high temperature during engine operation.
The fuel vapors mix optimally with the air introduced into the cylinder which arrives in the form of a strong vortex current (shown schematically in the drawing by the arrow 5), when the intake valve 6 is in the off position. opening, through a suitable duct 7 made in the cylinder head 4.
Thus, when the air and fuel mixture is introduced into cylinder 8, the distribution of fuel vapors in the air is very homogeneous and this mixture has undergone preheating in
The recess 3, which allows perfect combustion of the mixture
during the explosion triggered in the usual way by the candle
ignition 9.
The shape of the cylinder head 4 and that of the recess 3 can be,
of course, different from those shown on the
drawing. In particular, the recess 3 could not have a
rounded shape, but have rectilinear edges.
The surface 2 of the exhaust valve head may
also have any suitable shape, allowing to obtain a good vaporization of the injected fuel and a good distribution
tion thereof, in the recess 3, in flow regime
turbulent. In particular, this surface may present a combi
naison of concave parts and convex parts, for example
with at least one protruding part, in particular in the form of
point, this protuberance possibly being made of a material
having thermal properties different from those of the rest of the
surface 2, so as to allow the protuberance to constitute
a hot spot, having a temperature higher than that of the rest
of surface 2, when the engine is running,
and to
thus facilitate the vaporization of the fuel when injecting this
last in the form of a jet directed towards this protuberance. Good
of course, one can also achieve such a hot spot or a
hot range even if the surface 2 of the valve head
exhaust is flat or concave. Shaped pipes
suitable, for example spiral, can be, in addition, even
tally spared on the surface 2.
It goes without saying that the number of camshafts and that of ran
gages of valves of the engine according to the invention can be
conches, for example one or two.
It may also be advantageous for the motor to include
two recesses 3, arranged symmetrically with respect to the axis
cylinder, a set of camshaft, intake valves
exhaust and / or exhaust as well as fuel injector being
associated with each of the two recesses 3.
The engine which has just been described has the advantage of pou
see it work not only using any carb
usual, but especially with a fuel having a low index
octane and containing neither derivative of lead nor cataly
sor or other additive.
If kerosene is used as fuel,
can easily achieve cold engine start thanks to
the use of an incandescent candle, arranged so as to
allow the fuel to vaporize even during the period
where the surface of the exhaust valve is not yet
; hot enough, or using as fuel
starting aid a light fuel which is replaced,
using an automatic switching system, injection by
that of kerosene when the surface of the exhaust valve
has reached a temperature sufficient to allow vaporization
thermal tion of the latter fuel.
The motor according to the invention can also be optionally
fitted with an injection system for liquid or makeup fluid
easily vaporizable but essentially non-combustible in
the conditions of use of the engine, such as water, steam, or a mixture of water and alcohol whose
function is to modify the equilibrium of combustion reactions
fuel in order to make them more complete and
allow the obtaining of exhaust gases having no effect
harmful to the environment, for example gases containing only
water vapor and carbon dioxide.
The injector for this make-up fluid can be placed either in the
same recess as the one where the fuel injector opens,
either in another suitable recess, for example a recess
ment placed symmetrically, on the side opposite to that where we inject
fuel.
The engine according to the invention has many advantages
compared to conventional internal combustion engines. In particular,
in addition to the advantages which were indicated above, it makes it possible to obtain a perfect combustion of the fuel, in particular in the case of the use of light fuels, which results in the reduction to a very low value of the content of the fuel. exhaust gases into noxious gases as well as, in the case of use as a fuel of heavy fuels (kerosene, for example)
Obtaining a silent walk free from the usual noises and clicks.