EP0296899B1 - Disposition dans une chambre de combustion d'un moteur deux temps, du système d'alimentation en carburant relativement à la lumière d'échappement - Google Patents

Disposition dans une chambre de combustion d'un moteur deux temps, du système d'alimentation en carburant relativement à la lumière d'échappement Download PDF

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EP0296899B1
EP0296899B1 EP88401201A EP88401201A EP0296899B1 EP 0296899 B1 EP0296899 B1 EP 0296899B1 EP 88401201 A EP88401201 A EP 88401201A EP 88401201 A EP88401201 A EP 88401201A EP 0296899 B1 EP0296899 B1 EP 0296899B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
reference point
engine according
jet
exhaust
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EP88401201A
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Pierre Duret
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/14—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B13/00—Engines characterised by the introduction of liquid fuel into cylinders by use of auxiliary fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/26—Multi-cylinder engines other than those provided for in, or of interest apart from, groups F02B25/02 - F02B25/24
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement of the various members inside a combustion chamber of a two-stroke internal combustion engine of the known type of "AUTOMOTIVE ENGINEERING", Vol. 94, No. 8, August 1986, pages 74-79, Warrendale, PA, US, "pneumatic fuel injection two-stroke spurs revival".
  • the invention relates to the combustion chambers of a two-stroke engine comprising intake and exhaust lights and a deferred fuel supply system, placed at the level of the cylinder head.
  • This initiation of combustion essentially depends on the internal aerodynamics and the conditions prevailing in the vicinity of the ignition point, in particular with regard to the richness of the mixture in the vicinity of this point.
  • the complete combustion of the fuel introduced depends in particular on the quantity of fuel introduced remaining in the chamber for combustion.
  • This annoyance is particularly increased in engines admitting carbureted air for sweeping the burnt gases.
  • the deferred fuel supply system can comprise either an injector opening directly or indirectly into the combustion chamber and controlled for example electronically or by cam depending on the rotation of the crankshaft, or even a pneumatic injector, as described in the Patent FR-A-2,575,521.
  • a two-stroke engine comprising a pneumatic injector placed in the cylinder head
  • the respective positions of the pneumatic injector and of the ignition point in the combustion chamber represent important parameters of the internal aerodynamics and therefore the conditions of initiation of combustion.
  • the present invention provides different arrangements of the combustion chamber. combustion.
  • the arrangements imagined and selected for their interest are characterized in that the ignition point is placed on the side of the exhaust, or even that the injector pneumatic is placed on the side opposite the exhaust, or also that the pneumatic fuel injector is installed on the side of the rear intake lights, such as rear transfer lights.
  • the present invention relates to a two-stroke internal combustion engine having at least one combustion chamber equipped with a delayed fuel supply system opening into a cylinder head which covers a cylinder cooperating with a piston, the cylinder head, the cylinder and the piston delimiting said combustion chamber, the cylinder wall comprising at least one exhaust port located in the vicinity of a first reference point through which passes a first axial plane of the cylinder or exhaust plane and at least one port intake located in the vicinity of a second reference point, or admission reference point, at least one of said intake ports being connected to a duct, the axis of which forms a lower angle ( ⁇ ) at 90 °, with the axis (P) of the cylinder, said conduit making it possible to direct the intake gases towards the cylinder head, which contributes to forming a scanning loop, the plane perpendicular to the exhaust plane and containing the axis (P) of the cylinder delimiting two zones of arrangement of the cylinder, the first complementary to the second contains the reference point of the exhaust light, the supply system being
  • the cylinder head may include a spark plug and in that said spark plug is located in said first development zone.
  • the admission reference point may be located in said second zone.
  • the pneumatic injection system can be adapted to produce a convergent jet (Fig. 6) in said second development zone and substantially oriented towards said reference point of the intake.
  • the pneumatic injection system may be adapted to produce a diverging jet which passes through said second fitting area and is oriented towards the reference point of the intake and which is directed towards said first fitting area in the vicinity of the cylinder head. .
  • the valve can be controlled by an electromagnetic system such as a solenoid.
  • the valve can be controlled automatically by the upstream and downstream pressure of the gases and optionally equipped with a return means.
  • the valve can be controlled mechanically from a kinematic chain connected to the crankshaft.
  • the injection system can be adapted to produce a diverging jet in said perpendicular plane.
  • the injection system may be adapted to produce a jet oriented substantially against the current of the gas scanning loop (s).
  • the intake lumen may be a transfer lumen connected to a pump housing.
  • FIG. 1 which schematically represents the arrangement of an engine according to the prior art
  • the reference 1 designates the cylinder head closing the upper part of the cylinder 2 inside which moves a piston 3 connected by a connecting rod 6 to a crankshaft 7.
  • the combustion chamber has the reference 4 and the lower casing the reference 5.
  • the cylinder head 1 comprises a spark plug 9 creating an ignition point by an electric arc and a system 8 for delayed fuel supply which may be a pneumatic injection system.
  • the exhaust manifold communicates with the cylinder 2 by a light 10.
  • the intake manifold communicates with the cylinder 2 by a rear light 11 and by one or more side lights 12. All these lights may have one or more orifices.
  • the cylinder 2 like the piston 3 sliding therein, are assumed to revolution around an axis P, as in practice. It will not depart from the scope of the invention to use substantially different shapes of cylinders and piston from those of revolution.
  • the exhaust port 10 is located around a first reference point 10a, and that the exhaust plane contains this point and the axis of the cylinder, the plane perpendicular to the exhaust plane and passing through the axis of the cylinder delimits in the combustion chamber two separate development zones, the first 4a complementary to the second 4b contains the reference point 10a of the exhaust port.
  • the fuel supply system 8 is located in the first development zone 4a, that is to say on the same side as the reference point 10a of the exhaust port 10 relative to the perpendicular plane.
  • the second reference point 11a or intake reference point, around which the rear 11 and side 12 intake lights are located, is located in the second arrangement zone 4b with the spark plug 9, so that the supply system 8 is located in the first development zone 4a.
  • the reference point 11a of the intake such as the fuel supply system 8 is located in the second arrangement zone, that is to say on the side opposite the point 10a reference of the exhaust port, with respect to the perpendicular plane whose line P is the frontal trace on the plane of the figure.
  • the candle 9 is located in the first development zone 4a.
  • the supply system 8 supplies the fuel only when the cylinder 3 is in the rising phase.
  • the injection valve opens only after the cylinder has reached bottom dead center.
  • the positions of the intake and exhaust lights are given from a first and a second reference point respectively around which the lights are located.
  • the reference points correspond substantially to the points of application of the vectorial results of the gas velocities at the intake and exhaust ports.
  • the reference point corresponds to the barycenter of the surfaces of the openings on the one hand, intake and exhaust.
  • the reference point of the exhaust is located between the two lights or the lights are located around said reference point of the exhaust.
  • the intake lights can advantageously be transfer lights and therefore be connected to the engine crankcase.
  • the transfer conduit 11 forms, at the level where it opens into the cylinder 4, an angle ⁇ less than 90 °, this angle being defined by the axis of the conduit 11 and the axis of the cylinder.
  • the conduit 11 targets the cylinder towards the cylinder head.
  • this angle can be between 30 and 45 °, so that the fluid which leaves it targets the cylinder head.
  • FIGS. 3A to 3F and 4A to 4F illustrate the variations in fuel concentration appearing in a combustion chamber during the rotation of the crankshaft. These figures were obtained by a two-dimensional modeling of a combustion chamber taking into account the interaction of the scanning loop formed by the mass of fresh gas admitted by the intake light, with the jet of the pneumatic injector. .
  • the straight segment 14 above the figures illustrate the cylinder head, while the location 15 corresponds to the fuel supply zone.
  • the vertical straight segments 16 represent the walls of the cylinder and the lower straight segment 17 represents the piston.
  • the intake lights open at 55 ° before bottom dead center and close 55 ° after bottom dead center (i.e. 125 ° and 235 ° crankshaft angle respectively).
  • the exhaust light opens at 71 ° before bottom dead center and closes at 71 ° after bottom dead center (i.e. 109 ° and 251 ° crank angle).
  • a first intake lumen 19a introducing air at an initial angle of zero degrees to the horizontal is placed opposite a second intake lumen 19b introducing air at an initial angle of 60 degrees with respect to the horizontal.
  • the exhaust port 18 is placed above the first intake port 19a.
  • the isoconcentration lines delimit richness ranges comprising references corresponding to the following values of the fuel concentration:
  • FIGS. 3A to 3F illustrate the modeling of a combustion chamber substantially in accordance with that of FIG. 1.
  • the supply system includes a deflector making it possible to give an initial direction to the jet inclined by 20 ° relative to the axis of the cylinder towards the rear intake lumen.
  • FIGS. 3A to 3F show that the jet retains its initial direction for a very short time and that very quickly it is deflected towards the exhaust by the scanning loop which is driven in a substantially gyratory movement, clockwise. , in the plane of the figures.
  • FIG. 3F which represents the isoconcentrations in the chamber when the crankshaft angle is 330 ° (that is to say at the time of ignition), shows that the interaction of the pneumatic jet with the scanning loop generated a richer fuel area on the exhaust side where the pneumatic injector is also located.
  • the candle for architectural considerations difficult to respect cannot be on the rich side and is placed on the opposite side.
  • FIG. 3C represents the chamber at the time of closing of the exhaust port, it can be understood, with the help also of FIG. 3B, that part of the fuel leaves directly at the exhaust.
  • the modeling calculations make it possible to evaluate the losses by unburnt at 8% for the engine configuration studied.
  • FIGS. 4A to 4F illustrate the modeling of a combustion chamber according to the invention substantially in accordance with that of FIG. 2 and in which the supply system comprises a deflector making it possible to give the jet an initial direction inclined by 20 ° by relative to the axis of the cylinder towards the exhaust port.
  • spark plug placed on the exhaust side is located in a rather richer area where an excellent combustion initiation can take place. This result is confirmed experimentally on an engine where high operating speeds are reached without any particular manifestation of combustion instability.
  • FIGS. 5, 6 and 7 show the importance of the direction of the initial jets coming from the supply system 8.
  • a pneumatic injector 8 such as that described in patent FR-A-2,575,522 is used.
  • a member 20 injects fuel inside the nozzle 23 placed in a stream of compressed air.
  • An injection valve 22 resting on a seat 24 makes it possible to isolate the injection system 8 from the chamber 2 when the compression pressure has reached a certain threshold.
  • the system includes deflectors 25, 26, 27 integrated into the seat making it possible to modify the initial incidence of the jet.
  • the deflectors create very favorable conditions for the initiation of combustion and slow down the path of the pneumatic jet of fuel towards the exhaust port, in order to reduce the quantities of unburnt fuel.
  • a divergent deflector 26 is used, slowing down the penetration of the pneumatic jet. Part of this jet 26a is directed towards the face of the cylinder closest to the injector 8 in order to reduce, by opposing it, the drive of the scanning loop.
  • FIG. 6 illustrates an engine comprising a counter-current deflector making it possible, on the one hand, to increase the path followed by the scanning loop, in order to avoid losses of unburnt matter at the exhaust and, on the other hand, to keep part of the jet along the wall of the cylinder, closest to the injection system.
  • Figure 7 shows schematically a combustion chamber comprising a deflector 27 diverging in a plane parallel to said perpendicular plane. This arrangement makes it possible to slow down, in this plane parallel to said perpendicular plane, the penetration of the pneumatic fuel jets so as to reduce the losses by unburnt.
  • the valve 22 can be controlled in several ways.
  • the valve 22 is controlled mechanically, for example by a cam 29 driven in rotation at the speed of the motor. This cam controls the movement of the valve 22 by means of a pusher 30.
  • the valve is returned by a spring 31.
  • the references 35 and 36 respectively designate a fuel metering device and a venturi nozzle.
  • Reference 37 designates a deflector.
  • valve 22 does not include a control system in the literal sense. It can be simply fitted with a return spring 32. It is left free to move as a function of the pressure differences upstream 33 and downstream 34. It then acts in the manner of a flap or automatic valve, it will be said to be controlled automatically.
  • the spring 32 is calibrated so as to obtain the openings valve.
  • valve is controlled by a solenoid 38.
  • This solenoid can be controlled electronically so as to open the valve 22 at the most suitable time.

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Description

  • La présente invention concerne un agencement des différents organes à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un moteur deux temps à combustion interne du type connu de "AUTOMOTIVE ENGINEERING", Vol. 94, No 8, août 1986, pages 74-79, Warrendale, PA, US, "pneumatic fuel injection spurs two-stroke revival".
  • Plus particulièrement, l'invention concerne les chambres à combustion de moteur deux temps comportant des lumières d'admission et d'échappement et un système d'alimentation différée en carburant, placé au niveau de la culasse.
  • L'étude de la combustion du moteur deux temps a révélé l'importance des conditions d'initiation de la combustion pour l'obtention d'une combustion correcte et complète du carburant introduit.
  • Cette initiation de la combustion dépend essentiellement de l'aérodynamique interne et des conditions régnant au voisinage du point d'allumage, notamment en ce qui concerne la richesse du mélange au voisinage de ce point.
  • La combustion complète du carburant introduit dépend notamment de la quantité de carburant introduit restant dans la chambre pour la combustion.
  • En effet, dans les moteurs où le carburant est introduit avant que l'orifice d'échappement soit obturé, une certaine partie du carburant peut se retrouver à l'échappement sans avoir brûlé dans la chambre de combustion.
  • Il en résulte une consommation et une pollution importante du moteur.
  • Cet ennui est particulièrement accru dans les moteurs admettant de l'air carburé pour le balayage des gaz brûlés.
  • Aussi, l'utilisation d'une admission d'air frais non carburé assurant le balayage des gaz brûlés, combinée à un système d'alimentation différée en carburant déclenché une fois l'air frais introduit dans la chambre, serait en mesure d'empêcher l'échappement de carburant imbrûlé, s'il n'était pas indispensable pour la combustion (notamment en ce qui concerne l'homogénéisation du mélange de carburant dans l'air frais) d'introduire le carburant avant que l'échappement ne soit obturé, avec le risque qu'une partie du carburant s'échappe.
  • Le système d'alimentation différée en carburant peut comprendre, soit un injecteur débouchant directement ou indirectement dans la chambre de combustion et commandé par exemple électroniquement ou par came en fonction de la rotation du vilebrequin, soit encore un injecteur pneumatique, tel que décrit dans le brevet FR-A-2.575.521.
  • Dans un moteur deux temps comportant un injecteur pneumatique placé dans la culasse, les positions respectives de l'injecteur pneumatique et du point d'allumage dans la chambre de combustion représentent des paramètres importants de l'aérodynamique interne et donc des conditions d'initiation de la combustion.
  • Principalement dans le but de réduire les imbrûlés et d'améliorer les conditions d'initiation de la combustion, donc de la combustion, la présente invention propose différents agencement de la chambre de combustion.
  • Les agencements élaborés selon l'invention ont pu être étudiés théoriquement et expérimentalement, notamment au moyen d'une simulation numérique et d'essais sur moteurs.
  • Pour les moteurs deux temps équipés d'un injecteur pneumatique de carburant dans la culasse, les agencements imaginés et retenus pour leur intérêt se caractérisent en ce que le point d'allumage est placé du côté de l'échappement, ou encore que l'injecteur pneumatique est placé du côté opposé à l'échappement, ou aussi que l'injecteur pneumatique de carburant est installé du côté des lumières d'admission arrière, telles des lumières de transfert arrière.
  • Heureusement, pour la fabrication des moteurs, ces conditions d'agencement sont compatibles avec une architecture simple du moteur.
  • Ainsi, la présente invention concerne un moteur à deux temps à combustion interne ayant au moins une chambre de combustion équipée d'un système d'alimentation différée en carburant débouchant dans une culasse qui recouvre un cylindre coopérant avec un piston, la culasse, le cylindre et le piston délimitant ladite chambre de combustion, la paroi du cylindre comportant au moins une lumière d'échappement située au voisinage d'un premier point de référence par lequel passe un premier plan axial du cylindre ou plan d'échappement et au moins une lumière d'admission située au voisinage d'un deuxième point de référence, ou point de référence de l'admission, l'une au moins desdites lumières d'admission étant reliée à un conduit, dont l'axe fait un angle (α) inférieur à 90°, avec l'axe (P) du cylindre, ledit conduit permettant de diriger les gaz d'admission vers la culasse, ce qui contribue à former une boucle de balayage, le plan perpendiculaire au plan d'échappement et contenant l'axe (P) du cylindre délimitant deux zones d'aménagement du cylindre dont la première complémentaire de la deuxième contient le point de référence de la lumière d'échappement, le système d'alimentation étant un système d'injection pneumatique situé dans ladite deuxième zone d'aménagement, et produisant un jet de gaz carburé, le moteur se caractérisant en ce que ledit système d'injection pneumatique comporte une soupape et un déflecteur adapté à modifier la forme dudit jet, et commence à injecter le mélange carburé en fin de balayage, lorsque le piston est en phase montante et avant la fermeture de la lumière d'échappement, une fois l'air frais déjà introduit dans ledite chambre de combustion afin de favoriser l'intéraction de la boucle de balayage avec le jet formé par ledit système d'injection.
  • La culasse pourra comporter une bougie d'allumage et en ce que ladite bougie est située dans ladite première zone d'aménagement.
  • Le point de référence de l'admission pourra être situé dans ladite deuxième zone.
  • Le système d'injection pneumatique pourra être adapté à produire un jet convergent (Fig. 6) dans ladite deuxième zone d'aménagement et sensiblement orienté vers ledit point de référence de l'admission.
  • Le système d'injection pneumatique pourra être adapté à produire un jet divergent qui traverse ladite deuxième zone d'aménagement et est orienté vers le point de référence de l'admission et qui est dirigé vers ladite première zone d'aménagement au voisinage de la culasse.
  • La soupape pourra être commandée par un système électromagnétique tel un solénoïde.
  • La soupape pourra être commandée automatiquement par la pression amont et aval des gaz et éventuellement équipée d'un moyen de rappel.
  • La soupape pourra être commandée mécaniquement à partir d'une chaine cinématique reliée au vilebrequin.
  • Le système d'injection pourra être adapté à produire un jet divergent dans ledit plan perpendiculaire.
  • Le système d'injection pourra être adapté à produire un jet orienté sensiblement à contre-courant de la ou des boucle(s) de balayage de gaz.
  • La lumière d'admission pourra être une lumière de transfert connecté à un carter-pompe.
  • L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront bien clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
    • la figure 1 schématise en coupe l'agencement d'un moteur selon l'art antérieur,
    • la figure 2 illustre schématiquement en coupe un mode d'agencement d'un moteur selon l'invention,
    • les figures 3A à 3F montrent, au cours du déplacement du piston, les isoconcentrations de combustible obtenues par une simulation numérique pour l'agencement d'un moteur selon l'art antérieur illustré par la figure 1,
    • les figures 4A à 4F représentent, au cours du déplacement du piston, les isoconcentrations de combustible obtenues par une simulation numérique pour le mode d'agencement d'un moteur selon l'invention illustré par la figure 2,
    • la figure 5 schématise en coupe un deuxième mode d'agencement d'un moteur selon l'invention utilisant un déflecteur divergent,
    • la figure 6 schématise en coupe un troisième mode d'agencement d'un moteur selon l'invention utilisant un déflecteur convergent,
    • la figure 7 illustre schématiquement en coupe par un plan perpendiculaire au plan de coupe des figures 1, 2, 5 et 6, un mode d'agencement d'un moteur selon l'invention utilisant un déflecteur divergent dans ce plan perpendiculaire,
    • la figure 8 montre un système d'alimentation comportant une soupape commandée automatiquement par les différences de pression régnant de part et d'autre de sa partie évasée,
    • la figure 9 illustre un système d'alimentation comportant une soupape commandée électromagnétiquement par un solénoïde.
  • Sur la figure 1 qui représente schématiquement l'agencement d'un moteur selon l'art antérieur, la référence 1 désigne la culasse fermant la partie supérieure du cylindre 2 à l'intérieur duquel se déplace un piston 3 relié par une bielle 6 à un vilebrequin 7.
  • La chambre de combustion porte la référence 4 et le carter inférieur la référence 5.
  • La culasse 1 comporte une bougie 9 créant un point d'allumage par un arc électrique et, un système 8 d'alimentation différée en carburant qui peut être un système d'injection pneumatique.
  • La tubulure d'échappement communique avec le cylindre 2 par une lumière 10.
  • La tubulure d'admission communique avec le cylindre 2 par une lumière arrière 11 et par une ou plusieurs lumières latérales 12. Toutes ces lumières peuvent comporter un ou plusieurs orifices.
  • Le cylindre 2 comme le piston 3 y coulissant, sont supposés de révolution autour d'un axe P, comme dans la pratique. On ne sortira pas du cadre de l'invention en utilisant des formes de cylindres et piston sensiblement différentes de celles de révolution.
  • Si l'on considère que la lumière d'échappement 10 est située autour d'un premier point de référence 10a, et que le plan d'échappement contient ce point et l'axe du cylindre, le plan perpendiculaire au plan d'échappement et passant par l'axe du cylindre délimite dans la chambre de combustion deux zones d'aménagement distinctes dont la première 4a complémentaire de la deuxième 4b contient le point de référence 10a de la lumière d'échappement.
  • Selon l'art antérieur (Fig. 1) le système 8 d'alimentation en carburant est situé dans la première zone 4a d'aménagement, c'est-à-dire du même côté que le point de référence 10a de la lumière d'échappement 10 par rapport au plan perpendiculaire.
  • De même, le deuxième point de référence 11a, ou point de référence de l'admission, autour duquel les lumières d'admission arrière 11 et latérales 12 sont situées, est situé dans la deuxième zone d'aménagement 4b avec la bougie 9, alors que le système d'alimentation 8 est situé dans la première zone d'aménagement 4a.
  • Selon l'invention (Fig. 2), le point 11a de référence de l'admission comme le système d'alimentation 8 en carburant est situé dans la deuxième zone d'aménagement, c'est-à-dire du côté opposé au point de référence 10a de la lumière d'échappement, par rapport au plan perpendiculaire dont la ligne P est la trace frontale sur le plan de la figure. Enfin, la bougie 9 est située dans la première zone d'aménagement 4a.
  • Le système 8 d'alimentation ne fournit le carburant que lorsque le cylindre 3 est en phase montante. Ainsi, la soupape d'injection ne s'ouvre qu'après que le cylindre ait atteint le point mort bas.
  • Les positions des lumières d'admission comme de celles d'échappement sont données à partir respectivement d'un premier et d'un deuxième points de référence autour desquels sont situées les lumières.
  • Les points de référence correspondent sensiblement aux points d'application des résultantes vectorielles des vitesses des gaz au niveau des lumières d'admission et d'échappement.
  • Cependant, comme l'obtention des résultantes est difficile, on peut souvent considérer que le point de référence correspond au barycentre des surfaces des lumières d'une part d'admission et d'autre part d'échappement.
  • Ainsi, lorsqu'un système d'échappement comporte deux lumières, le point de référence de l'échappement se situe entre les deux lumières ou encore les lumières sont situées autour dudit point de référence de l'échappement.
  • Selon la présente invention, les lumières d'admission peuvent être avantageusement des lumières de transfert et donc être connectées au carter-pompe du moteur.
  • Selon la présente invention, le conduit de transfert 11 fait, au niveau où il débouche dans le cylindre 4, un angle α inférieur à 90°, cet angle étant défini par l'axe du conduit 11 et l'axe du cylindre. Ainsi le conduit 11 vise le cylindre vers la culasse.
  • Avantageusement, cet angle peut être compris entre 30 et 45°, de manière à ce que le fluide qui en sort vise la culasse.
  • Les figures 3A à 3F et 4A à 4F illustrent les variations de concentration de combustible apparaissant dans une chambre de combustion au cours de la rotation du vilebrequin. Ces figures ont été obtenues par une modélisation bidimensionnelle d'une chambre de combustion en tenant compte de l'interaction de la boucle de balayage formée par la masse de gaz frais admise par la lumière d'admission, avec le jet de l'injecteur pneumatique.
  • Le segment droit 14 supérieur aux figures illustrent la culasse, alors que le lieu 15 correspond à la zone d'alimentation en carburant. Les segments droits verticaux 16 représentent les parois du cylindre et le segment droit inférieur 17 représente le piston.
  • De manière à ce que la modélisation reproduise le plus correctement possible le comportement des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion, notamment en ce qui concerne le balayage, on considère que l'admission s'effectue par deux lumières symbolisées par les zones 19a et 19b et que l'échappement s'effectue par une lumière symbolisée par la zone 18.
  • Les lumières d'admission s'ouvrent à 55° avant le point mort bas et se ferment 55° après le point mort bas (soit respectivement 125° et 235° d'angle de vilebrequin).
  • La lumière d'échappement s'ouvre à 71° avant le point mort bas et se ferme à 71° après le point mort bas (soit respectivement 109° et 251° d'angle de vilebrequin).
  • Une première lumière d'admission 19a introduisant de l'air sous un angle initial de zéro degré par rapport à l'horizontale est placée en face d'une deuxième lumière d'admission 19b introduisant de l'air sous un angle initial de 60 degrés par rapport à l'horizontale.
  • La lumière d'échappement 18 est placée au-dessus de la première lumière d'admission 19a.
  • La concentration en carburant étant la masse de carburant relativement à la masse du mélange air frais, gaz brûlé et carburant, les lignes d'isoconcentration délimitent des plages de richesses comportant des références correspondant aux valeurs suivantes de la concentration en carburant :
    Figure imgb0001
  • Les figures 3A à 3F illustrent la modélisation d'une chambre de combustion sensiblement conforme à celle de la figure 1.
  • Les différentes figures ont été produites pour différents angles du vilebrequin correspondant au indications suivantes :
    Figure imgb0002
  • Pour ces figures (3A à 3F), le système d'alimentation comporte un déflecteur permettant de donner une direction initiale au jet incliné de 20° par rapport à l'axe du cylindre vers la lumière d'admission arrière.
  • La modélisation des figures 3A à 3F montre que le jet conserve très peu de temps sa direction initiale et que très rapidement, il est dévié vers l'échappement par la boucle de balayage qui est animée d'un mouvement sensiblement giratoire, dans le sens horaire, dans le plan des figures.
  • La figure 3F qui représente les isoconcentrations dans la chambre lorsque l'angle vilebrequin est de 330° (c'est-à-dire au moment où se produit l'allumage), montre que l'interaction du jet pneumatique avec la boucle de balayage a généré une zone plus riche en carburant côté échappement où se trouve aussi l'injecteur pneumatique. Cependant, la bougie pour des considérations architecturales difficiles à respecter, ne peut être du côté riche et se place du côté opposé.
  • Ce résultat illustre tout à fait les observations expérimentales réalisées sur un moteur de configuration analogue qui devient instable, notamment à régime élevé. Cette manifestation confirme tout à fait les mauvaises conditions de la combustion.
  • Comme la figure 3C représente la chambre au moment de la fermeture de la lumière d'échappement, on peut comprendre, en s'aidant aussi de la figure 3B, qu'une partie du carburant part directement à l'échappement. Les calculs de modélisation permettent d'évaluer à 8 % les pertes par imbrûlés pour la configuration de moteur étudiée.
  • Les figures 4A à 4F illustrent la modélisation d'une chambre de combustion selon l'invention sensiblement conforme à celle de la figure 2 et dans laquelle le système d'alimentation comporte un déflecteur permettant de donner au jet une direction initiale inclinée de 20° par rapport à l'axe du cylindre vers la lumière d'échappement.
  • Les différentes figures ont été produites pour différents angles vilebrequin correspondant aux indications suivantes :
    Figure imgb0003
    Grâce à la modélisation montrée aux figures 4A à 4F, on observe, comme précédemment, que le jet de carburant conserve très peu de temps sa direction initiale et qu'il est dévié vers l'échappement par la boucle de balayage circulant comme dans les moteurs antérieurs.
  • Les différentes figures montrent qu'avec la configuration selon l'invention, les zones riches mettent plus de temps à atteindre l'échappement du fait de la longueur du chemin à parcourir entre le système d'alimentation et l'échappement, qu'elles s'étalent mieux à travers la chambre et qu'enfin le mélange gazeux est généralement plus uniforme au moment où se produit l'allumage (Fig. 4F).
  • Les calculs de modélisation permettent pour cette configuration de moteur d'évaluer à 4 % les pertes par imbrûlés.
  • Par ailleurs, la bougie placée du côté échappement est située dans une zone plutôt plus riche où peut s'effectuer une excellente initiation de la combustion. Ce résultat est confirmé expérimentalement sur moteur où l'on atteint des régimes élevés de fonctionnement sans manifestation particulière d'instabilité de combustion.
  • Les figures 5, 6 et 7 montrent l'importance de la direction des jets initiaux provenant du système d'alimentation 8.
  • Dans ces modes de réalisation, on utilise un injecteur pneumatique 8 tel que celui décrit dans le brevet FR-A-2.575.522.
  • Un organe 20 injecte du carburant à l'intérieur de la buse 23 placée dans un courant d'air comprimé. Une soupape d'injection 22 s'appuyant sur un siége 24 permet d'isoler le système d'injection 8 de la chambre 2 lorsque la pression de compression a atteint un certain seuil.
  • Le système comporte des déflecteurs 25, 26, 27 intégrés au siège permettant de modifier l'incidence initiale du jet.
  • Les déflecteurs permettent de créer des conditions très favorables à l'initiation de la combustion et de ralentir le cheminement du jet pneumatique de carburant vers la lumière d'échappement, afin de diminuer les quantités de carburant imbrûlé.
  • Ainsi, à la figure 5, on utilise un déflecteur divergent 26, ralentissant la pénétration du jet pneumatique. Une partie de ce jet 26a est dirigée vers la face du cylindre la plus proche de l'injecteur 8 afin de réduire, en s'y opposant, l'entrainement de la boucle de balayage.
  • La figure 6 illustre un moteur comportant un déflecteur à contre-courant permettant, d'une part, d'augmenter le chemin suivi par la boucle de balayage, en vue d'éviter les pertes d'imbrûlés à l'échappement et, d'autre part, de conserver une partie du jet le long de la paroi du cylindre, le plus près du système d'injection.
  • La figure 7 schématise une chambre de combustion comportant un déflecteur 27 divergent selon un plan parallèle audit plan perpendiculaire. Cette disposition permet de ralentir, dans ce plan parallèle audit plan perpendiculaire, la pénétration des jets pneumatiques de carburant de manière à réduire les pertes par imbrûlés.
  • La soupape 22 peut être commandée de plusieurs façons. Dans le cas de la figure 2, la soupape 22 est commandée mécaniquement, par exemple par une came 29 entrainée en rotation à la vitesse du moteur. Cette came commande le mouvement de la soupape 22 par l'intermédiaire d'un poussoir 30. Le rappel de la soupape se fait par un ressort 31.
  • Les références 35 et 36 désignent respectivement un dispositif de dosage du carburant et une buse-venturi. La référence 37 désigne un déflecteur.
  • Dans le cas particulier de la figure 8 qui illustre une autre variante, la soupape 22 ne comporte pas de système de commande au sens propre. Elle peut être simplement équipée d'un ressort de rappel 32. Elle est laissée libre de se déplacer en fonction des différences de pression amont 33 et aval 34. Elle agit alors à la manière d'un clapet ou soupape automatique, elle sera dite commandée automatiquement. Le tarage du ressort 32 est réalisé de manière à obtenir les ouvertures appropriées de la soupape.
  • Sur la figure 9, la soupape est commandée par un solénoïde 38. Ce solénoïde peut être commandé électroniquement de manière à réaliser l'ouverture de la soupape 22 au moment le mieux approprié.

Claims (11)

  1. Moteur à deux temps à combustion interne ayant au moins une chambre de combustion équipée d'un système (8) d'alimentation différée en carburant débouchant dans une culasse (1) qui recouvre un cylindre (2) coopérant avec un piston (3), la culasse, le cylindre et le piston délimitant ladite chambre de combustion (4), la paroi du cylindre comportant au moins une lumière d'échappement (10) située au voisinage d'un premier point de référence (10a) par lequel passe un premier plan axial du cylindre ou plan d'échappement et au moins une lumière d'admission (11) située au voisinage d'un deuxième point de référence (11a), ou point de référence de l'admission, l'une au moins desdites lumières d'admission étant reliée à un conduit (11), dont l'axe fait un angle (α) inférieur à 90° avec l'axe (P) du cylindre, ledit conduit permettant de diriger les gaz d'admission vers la culasse, ce qui contribue à former une boucle de balayage, le plan perpendiculaire au plan d'échappement et contenant l'axe (P) du cylindre délimitant deux zones d'aménagement du cylindre dont la première (4a) complémentaire de la deuxième (4b) contient le point de référence (10a) de la lumière d'échappement, le système d'alimentation étant un système d'injection pneumatique (8) situé dans ladite deuxième (4b) zone d'aménagement et produisant un jet de gaz carburé, caractérisé en ce que ledit système d'injection pneumatique (8) comporte une soupape (22) et un déflecteur (25, 26, 27) adapté à modifier la forme dudit jet, et commence à injecter le mélange carburé en fin de balayage, lorsque le piston (3) est en phase montante et avant la fermeture de la lumière d'échappement (10), une fois l'air frais déjà introduit dans ledite chambre de combustion afin de favoriser l'intéraction de la boucle de balayage avec le jet formé par ledit système (8) d'injection.
  2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite culasse comporte une bougie d'allumage (9) et en ce que ladite bougie est située dans ladite première zone d'aménagement (4a).
  3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le point de référence de l'admission (11a) est situé dans ladite deuxième zone (4b).
  4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit système d'injection pneumatique (8) est adapté à produire un jet (25a) convergent (Fig. 6) dans ladite deuxième zone d'aménagement et sensiblement orienté vers ledit point de référence de l'admission (11a).
  5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit système d'injection pneumatique (8) est adapté à produire un jet (26a) divergent qui traverse ladite deuxième zone (4b) d'aménagement et est orienté vers le point (11a) de référence de l'admission et qui est dirigé vers ladite première zone d'aménagement au voisinage de la culasse (1).
  6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite soupape est commandée par un système électromagnétique tel un solénoïde.
  7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite soupape est commandée automatiquement par la pression amont et aval des gaz et en ce que ladite soupape est éventuellement équipée d'un moyen de rappel.
  8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape est commandée mécaniquement à partir d'une chaine cinématique reliée au vilebrequin.
  9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'injection est adapté à produire un jet divergent dans ledit plan perpendiculaire.
  10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'injection est adapté à produire un jet orienté sensiblement à contre-courant de la ou des boucle(s) de balayage de gaz.
  11. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite lumière d'admission (11, 12) est une lumière de transfert connecté à un carter-pompe.
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