EP0376836B1 - Dispositif pour introduire un mélange carburé dans une chambre d'un moteur à deux temps - Google Patents
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- EP0376836B1 EP0376836B1 EP89403648A EP89403648A EP0376836B1 EP 0376836 B1 EP0376836 B1 EP 0376836B1 EP 89403648 A EP89403648 A EP 89403648A EP 89403648 A EP89403648 A EP 89403648A EP 0376836 B1 EP0376836 B1 EP 0376836B1
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Definitions
- the present invention relates to a device and a method for introducing under pressure a fuel mixture into a chamber of a cylinder of a two-stroke internal combustion engine.
- the invention provides an assistance member for controlling an automatic valve disposed between the end of a pipe for introducing the mixture and the cylinder chamber.
- valves such as valves, cooperating with return means, actuated under the effect of pressure differences between each of their faces, to introduce a fuel mixture into the chamber of a cylinder.
- valves due in particular to the inertial forces compared to the forces due to pressure differences, and the possible panics of the return means when their operating frequency is close to their resonant frequency, these valves cannot be used when the pressure differences are too small and their actuation speed is too high.
- the present invention provides a device having in particular the advantages of prior devices with automatic valves, such as thermal resistance, rapid opening and wide passage, and usable in particular when the pressure difference between the cylinder chamber and the pipe for introducing the fuel mixture, is weak.
- This device also offers the advantage of being able to be sensitive to pressure variations of an element of the engine, this element being judiciously chosen to allow optimal operation of the device.
- this device is characterized in that it comprises an assistance member comprising a separating element coping with one end of a valve stem, said member separating a first and a second volume within each of which reigns a pressure, the first volume being connected to the introduction pipe so that the pressure in the first volume is substantially equal to the pressure in the pipe, the element having a movement producing a displacement of the valve under the action of the difference between the pressure of the first volume and the pressure of the second volume.
- tulip is meant the part of the valve having a flared shape, as opposed to the tail which is the part of the valve having a tapered shape.
- This membrane actually acts as a separating element for two volumes. It is therefore not going beyond the scope of the present invention to replace this membrane with an auxiliary piston which slides in a bore, one face of this auxiliary piston participating in the delimitation of the first volume, the other face that of the second volume.
- the second volume may be connected to a pump housing of the first cylinder so that the pressure in the second volume is substantially equal to the pressure in the pump housing of the first cylinder.
- the engine may comprise at least a second cylinder having a pump housing, the pipe for introduction into the chamber of the first cylinder may be connected to the pump housing of the second cylinder, and the second cylinder may have a non-zero angular offset which is delayed. compared to the first cylinder.
- the second volume may be connected to an element of the engine whose pressure relative to the pressure of the first volume is such that it contributes favorably to the movements of the valve.
- the engine may include at least a third cylinder having a crankcase and whose cycle is ahead of the cycle of the first cylinder, and the crankcase of the third cylinder may be connected to said second volume.
- the valve can be returned to its closed position by the membrane itself, the elasticity of which can bring the valve back to its closed position.
- the membrane can be reinforced to increase its rigidity.
- the separating element may have a useful cross section greater than the cross section of the valve.
- the introduction pipe may include a fuel introduction member.
- the pipeline may open in the vicinity of the cylinder head of the first cylinder.
- the engine may comprise several cylinders each having a pump casing supplied with air by an air intake pipe, this intake pipe comprising an element adapted to reduce the air intake, and the part of the pipe d air common to several cylinders and located downstream of the element adapted to reduce the air intake may be connected to the second chamber of the assistance member.
- FIG. 1 represents, in solid lines, the cylinder considered 1 with its piston 2 at the end of scanning, its exhaust 3, its exhaust light 4 which is about to be closed, its lateral transfer lights 5 and rear 6, its casing 7 with an air intake only, for example by valves 8, its spark plug 9, the rod-crank system 10.
- the second cylinder 11 having a piston 12 whose movement is angularly delayed by 120 ° by means of the rod-crank system 13, relative to the piston 2 of the cylinder considered 1.
- the piston 12 is in the phase of expansion in the second cylinder 11 and at the same time in the compression phase in the pump housing 14.
- the pump housing 14 the movement of the piston 12 of which is angularly delayed by 120 °, supplies air to the chamber 16 of the cylinder in question 1 via the introduction pipe 15.
- the rear transfer 6 of the cylinder 1 is connected to the pump housing and to cylinder 1 via conduit 17.
- This device can be a low-pressure injector that is commercially available, a fuel pump actuated by the successive pressures and depressions of a pump housing.
- the introduction of the liquid fuel can take place in the conduit 15, both during the whole time when the valve 19 is closed and during the time when it is open.
- This fuel metering and introduction device 20 can be associated with a venturi nozzle 21 placed in the duct 15, just upstream from the valve 19 and the orifice 18, in accordance with patent EP-189,714, in order to improve the spraying of fuel with air from the pressure source (pump housing 14).
- the device 20 could be replaced by a carburetor, the venturi nozzle 21 being integrated into this carburetor.
- a deflector 22 mounted on a device for orienting the jet of mixture introduced into the cylinder.
- This device forming part of the cylinder head or being attached to the cylinder head, is, for example, of the type described in patent EP-189,715.
- the end of the valve stem 19 is connected to the center of a flexible membrane 22 separating a first volume 23 from a second volume 24 whose difference in respective pressures can produce movements of the membrane and thus displacements of the valve 19 to which it is connected.
- the valve cooperates with a spring 25 to carry out the automatic return of the valve 19 to a position in which the pipe 15 for introducing the fuel mixture is closed.
- the first volume 23 is connected to the line 15 of so that a pressure in the pump housing 14 acts both on the face of the diaphragm 22 directed towards the first volume, by producing a force tending to open the valve 19, and on the upper face of the valve tulip 19, the upper face of the tulip of the valve 19 being opposite to the lower face of the tulip of the valve, this lower face being directed towards the interior of the chamber 16.
- the second volume 24 can have its constant pressure, for example equal to atmospheric pressure thanks, for example, to the connection of this second volume to the atmosphere, or can have its variable pressure so as to favor the opening, or the maintenance in the open position, or the closure, or even the maintenance in the closed position of the valve 19, according to the different phases of movement of the valve.
- This variable pressure which can be established in this second volume 24 can be provided by the pump housing 7 of the cylinder considered 1, or by the pump housing of a cylinder whose cycle is angularly offset in advance by 90 ° or 120 ° with respect to the cylinder cycle considered 1.
- FIG. 2 shows variations in the pressure in different volumes of the engine, as a function of the crank angle of the cylinder 1 considered.
- the curve in full line referenced P1 indicates the variation of the pressure in the chamber of the cylinder 1 considered
- the curve in dotted line referenced P3 indicates the variation of the pressure in the pump casing 7 of the cylinder considered
- the curve in phantom referenced P2 indicates the variation of the pressure in the pump casing 14 of the cylinder 11 whose cycle has a delay of 120 ° by compared to the cycle of cylinder 1.
- FIG. 2 clearly shows that between approximately 155 ° and 275 ° of the crank angle of the cylinder 1, the pressure P2 of the pump housing 14 is greater than the pressure P1 of the chamber of the cylinder 1 and that a flow of carburetted air occurs in the injection pipe 15, as soon as the valve 19 is open.
- Figure 2 further shows that from about 180 ° to at least 275 ° crank angle, the pressure P3 in the pump housing 7 of the cylinder 1 considered is lower than the pressure P2 in the pipeline for introducing carburetted air, and that this vacuum can be used to open the valve if it is connected to chamber 24.
- the return means may comprise the membrane 22 and the second volume 24, when the pressure in this volume is greater than the pressure in the first volume 23 and produces the return of the valve towards a closed position.
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Description
- La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre d'un cylindre d'un moteur deux temps, à combustion interne.
- Plus particulièrement, l'invention fournit un organe d'assistance pour la commande d'une soupape automatique disposé entre l'extrémité d'une canalisation d'introduction du mélange et la chambre du cylindre.
- Il est connu d'utiliser des soupapes, telles des clapets, coopérant avec des moyens de rappel, s'actionnant sous l'effet des différences de pression entre chacune de leurs faces, pour introduire un mélange carburé dans la chambre d'un cylindre. Cependant, en raison notamment des forces d'inertie comparées aux forces dues aux différences de pression, et des affolements possibles des moyens de rappel lorsque leur fréquence de fonctionnement est voisine de leur fréquence de résonance, ces soupapes ne peuvent pas être utilisées dès lors que les différences de pressions sont trop faibles et que leur vitesse d'actionnement est trop grande.
- La présente invention fournit un dispositif présentant notamment les avantages des dispositifs antérieurs à soupape automatique, tels que tenue thermique, ouverture rapide et à large passage, et utilisable en particulier lorsque la différence de pression entre la chambre du cylindre et la canalisation d'introduction du mélange carburé, est faible.
- Ce dispositif offre en outre l'avantage de pouvoir être sensible aux variations de pression d'un élément du moteur, cet élément étant judicieusement choisi pour permettre un fonctionnement optimal du dispositif.
- Plus précisément, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte un organe d'assistance comportant un élément de séparation copérant avec une extrémité d'une queue de la soupape, ledit organe séparant un premier et un deuxième volumes au sein de chacun desquels règne une pression, le premier volume étant relié à la canalisation d'introduction de façon que la pression dans le premier volume soit sensiblement égale à la pression dans la canalisation, l'élément ayant un mouvement produisant un déplacement de la soupape sous l'action de la différence entre la pression du premier volume et la pression du deuxième volume.
- Dans le présent texte, on entend par tulipe la partie de la soupape ayant une forme évasée, par opposition à la queue qui est la partie de la soupape ayant une forme effilée.
- Cette membrane joue en fait le rôle d'élément de séparation de deux volumes. On ne sortira donc pas du cadre de la présente invention en remplaçant cette membrane par un piston auxiliaire qui coulisse dans un alésage, une face de ce piston auxiliaire participant à la délimitation du premier volume, l'autre face à celle du deuxième volume.
- Le deuxième volume pourra être relié à un carter-pompe du premier cylindre de façon que la pression dans le deuxième volume soit sensiblement égale à la pression dans le carter-pompe du premier cylindre.
- Le moteur pourra comporter au moins un deuxième cylindre ayant un carter-pompe, la canalisation d'introduction dans la chambre du premier cylindre pourra être reliée au carter-pompe du deuxième cylindre, et le deuxième cylindre pourra posséder un décalage angulaire non nul en retard par rapport au premier cylindre.
- Le deuxième volume pourra être relié à un élément du moteur dont la pression relativement à la pression du premier volume est telle qu'elle contribue favorablement aux déplacements de la soupape.
- Le moteur pourra comporter au moins un troisième cylindre ayant un carter-moteur et dont le cycle est en avance par rapport au cycle du premier cylindre, et le carter-moteur du troisième cylindre pourra être relié audit deuxième volume.
- Le rappel de la soupape dans sa position fermée pourra être réalisée par la membrane elle-même, dont l'élasticité pourra ramener la soupape vers sa position fermée. La membrane pourra être renforcée pour en augmenter la rigidité.
- L'élément de séparation pourra avoir une section utile supérieure à la section de la soupape.
- La canalisation d'introduction pourra comporter un organe d'introduction de carburant.
- La canalisation pourra déboucher au voisinage de la culasse du premier cylindre.
- Le moteur pourra comporter plusieurs cylindres ayant chacun un carter-pompe alimenté en air par une canalisation d'admission d'air, cette canalisation d'admission comportant un élément adapté à réduire l'admission d'air, et la partie de la canalisation d'air commune aux plusieurs cylindres et située en aval de l'élément adapté à réduire l'admission d'air pourra être reliée à la deuxième chambre de l'organe d'assistance.
- L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de dispositif illustré par les figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente un agencement d'un moteur deux temps à allumage commandé comportant le dispositif selon l'invention, et
- la figure 2 décrit l'évolution des pressions dans plusieurs cylindres dont l'utilisation permet une mise en oeuvre particulièrement avantageuse du dispositif selon l'invention.
- La figure 1 représente, en traits pleins, le cylindre considéré 1 avec son piston 2 en fin de balayage, son échappement 3, sa lumière d'échappement 4 qui est sur le point d'être fermée, ses lumières de transfert latérales 5 et arrière 6, son carter 7 avec une admission d'air uniquement, par exemple par clapets 8, sa bougie d'allumage 9, le système bielle-manivelle 10.
- En traits mixtes est représenté le deuxième cylindre 11 ayant un piston 12 dont le mouvement est retardé angulairement de 120° par l'intermédiaire du système bielle-manivelle 13, par rapport au piston 2 du cylindre considéré 1. Le piston 12 est en phase de détente dans le deuxième cylindre 11 et en même temps en phase de compression dans le carter-pompe 14.
- Le carter-pompe 14 dont le mouvement du piston 12 est retardé angulairement de 120° alimente en air la chambre 16 du cylindre considéré 1 par l'intermédiaire de la canalisation d'introduction 15.
- Le transfert arrière 6 du cylindre 1 est relié au carter-pompe et au cylindre 1 par l'intermédiaire du conduit 17.
- L'introduction de l'air sous pression dans la chambre 16, provenant du carter-pompe 14, se fait par un orifice 18 dont l'ouverture est commandée par une soupape 19 mobile coopérant avec un siège fixe. En amont de la soupape 19, se trouve un dispositif 20 d'introduction et de dosage basse-pression du carburant.
- Ce dispositif peut être un injecteur basse-pression que l'on trouve dans le commerce, une pompe de carburant actionnée par les pressions et dépressions successives d'un carter-pompe.
- L'introduction du carburant liquide peut avoir lieu dans le conduit 15, aussi bien pendant tout le temps où la soupape 19 est fermée que pendant celui où elle est ouverte.
- Ce dispositif 20 de dosage et d'introduction du carburant peut être associé à une buse-venturi 21 placée dans le conduit 15, juste en amont de la soupape 19 et de l'orifice 18, conformément au brevet EP-189.714, afin d'améliorer la pulvérisation du carburant par l'air provenant de la source de pression (carter-pompe 14).
- Sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif 20 pourra être remplacé par un carburateur, la buse-venturi 21 étant intégrée à ce carburateur.
- Juste en aval de l'orifice 18, on peut aussi avantageusement placer un déflecteur 22 monté sur un dispositif d'orientation du jet de mélange introduit dans le cylindre. Ce dispositif, faisant partie de la culasse ou étant rapporté sur la culasse, est, par exemple, du type décrit dans le brevet EP-189.715.
- L'extrémité de la queue de la soupape 19 est reliée au centre d'une membrane souple 22 séparant un premier volume 23 d'un deuxième volume 24 dont la différence des pressions respectives peut produire des mouvements de la membrane et ainsi des déplacements de la soupape 19 auquelle elle est reliée. La soupape coopère avec un ressort 25 pour réaliser le rappel automatique de la soupape 19 vers une position dans laquelle la canalisation 15 d'introduction du mélange carburé est obturée.
- Le premier volume 23 est relié à la canalisation 15 de manière qu'une pression dans le carter-pompe 14 agisse à la fois sur la face de la membrane 22 dirigée vers le premier volume, en produisant une force tendant à ouvrir la soupape 19, et sur la face supérieure de la tulipe de la soupape 19, la face supérieure de la tulipe de la soupape 19 étant opposée à la face inférieure de la tulipe de la soupape, cette face inférieure étant dirigée vers l'intérieur de la chambre 16.
- Le deuxième volume 24 peut avoir sa pression constante, par exemple égale à la pression atmosphérique grâce, par exemple, au raccordement de ce deuxième volume à l'atmosphère, ou peut avoir sa pression variable de manière à favoriser l'ouverture, ou le maintien en position ouverte, ou la fermeture, ou encore le maintien en position fermée de la soupape 19, selon les différentes phases du déplacement de la soupape. Cette pression variable que l'on peut établir dans ce deuxième volume 24 peut être dispensée par le carter-pompe 7 du cylindre considéré 1, ou par le carter-pompe d'un cylindre dont le cycle est angulairement décalé en avance de 90° ou 120° par rapport au cycle du cylindre considéré 1.
- Les variations d'intensité de la résultante des forces, notamment de pression agissant de part et d'autre de la membrane, ainsi que de pression agissant de part et d'autre de la tulipe de la soupape, produit les variations d'ouverture de la soupape 19 et ainsi l'admission séquentielle du mélange carburé, en provenance de la canalisation d'admission 15, et allant dans la chambre 16 de combustion du cylindre considéré 1.
- La figure 2 montre des variations de la pression dans différents volumes du moteur, en fonction de l'angle manivelle du cylindre 1 considéré.
- La courbe en trait plein référencée P1 indique la variation de la pression dans la chambre du cylindre 1 considéré, la courbe en trait pointillé référencée P3 indique la variation de la pression dans le carter-pompe 7 du cylindre considéré, et la courbe en trait mixte référencée P2 indique la variation de la pression dans le carter-pompe 14 du cylindre 11 dont le cycle a un retard de 120° par rapport au cycle du cylindre 1.
- La figure 2 montre bien qu'entre environ 155° et 275° d'angle de manivelle du cylindre 1, la pression P2 du carter-pompe 14 est supérieure à la pression P1 de la chambre du cylindre 1 et qu'un écoulement d'air carburé se produit dans la canalisation d'injection 15, dès lors que la soupape 19 est ouverte.
- La figure 2 montre en outre qu'à partir d'environ 180° jusqu'à au moins 275° d'angle de manivelle, la pression P3 dans le carter-pompe 7 du cylindre 1 considéré est inférieure à la pression P2 dans la canalisation d'introduction d'air carburé, et que cette dépression peut être utilisée pour ouvrir la soupape si elle est reliée à la chambre 24.
- Le choix notamment de la section utile de la membrane 22, du tarage des moyens de rappel 25, de la section de la tulipe de la soupape, du raccordement du deuxième volume 24 à un élément moteur, tel le carter-pompe 7 du cylindre 1, doit être adapté à chaque moteur pour produire les déplacements souhaités de la soupape. En effet, les phénomènes pulsatoires, vibratoires des différents éléments d'un moteur, tels la canalisation d'introduction 15, et propres à chaque moteur, modifient fortement les déplacements de la soupape comportant le dispositif d'assistance selon l'invention.
- De la même manière que l'on a utilisé la pression du carter-pompe d'un cylindre décalé en retard de 120° pour alimenter la chambre 16, on pourra utiliser la pression d'un carter-pompe d'un cylindre dont le cycle est décalé en retard de 90°, comme il est décrit dans la demande de brevet français 87/09.035. On pourra aussi utiliser la pression du carter-pompe d'un cylindre dont le cycle est décalé de 90° ou 180° en avance par rapport au cycle d'un cylindre considéré pour alimenter le deuxième volume 24.
- On ne sortira pas de l'invention en considérant que les moyens de rappel peuvent comporter la membrane 22 et le deuxième volume 24, lorsque la pression dans ce volume est supérieure à la pression dans le premier volume 23 et produit le rappel de la soupape vers une position fermée.
Claims (12)
- Dispositif pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre (16) d'un premier cylindre (1) d'un moteur à combustion interne à deux temps comportant une soupape (19) coopérant avec un siège pour obturer une canalisation d'introduction (15) du mélange carburé dans la chambre (16) du premier cylindre, des moyens de rappel (25) de la soupape (19), caractérisé en ce qu'il comporte un organe d'assistance comportant un élément de séparation coopérant avec une extrémité d'une queue de la soupape (19), ledit organe (22) séparant un premier (23) et un deuxième (24) volumes au sein de chacun desquels règne une pression, le premier volume (23) étant relié à la canalisation d'introduction (15) de façon que la pression dans le premier volume (23) soit sensiblement égale à la pression dans la canalisation (15), l'élément (22) ayant un mouvement produisant un déplacement de la soupape (19) sous l'action de la différence entre la pression du premier volume et la pression du deuxième volume.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième volume (24) est relié à un carter-pompe (7) du premier cylindre (1) de façon que la pression dans le deuxième volume (24) soit sensiblement égale à la pression dans le carter-pompe (7) du premier cylindre.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur comporte au moins un deuxième cylindre (11) ayant un carter-pompe (14), en ce que la canalisation d'introduction (15) dans la chambre du premier cylindre est reliée au carter-pompe (14) du deuxième cylindre, et en ce que le deuxième cylindre (11) possède un décalage angulaire non nul, en retard par rapport au premier cylindre (1).
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit deuxième volume (24) est relié à un élément du moteur dont la pression relativement à la pression du premier volume (23) est telle qu'elle contribue aux déplacements de la soupape (19).
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moteur comporte au moins un troisième cylindre ayant un carter-moteur et dont le cycle est décalé en avance par rapport au cycle du premier cylindre (1), et en ce que le carter-moteur du troisième cylindre est relié audit deuxième volume (24).
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de séparation est une membrane.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément de séparation (22) a une section utile supérieure à la section de la soupape (19).
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la canalisation d'introduction (15) comporte un organe (20) d'introduction de carburant.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la canalisation (15) débouche au voisinage d'une culasse du premier cylindre (1).
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le moteur comporte plusieurs cylindres ayant chacun un carter-pompe alimenté en air par une canalisation d'admission d'air, cette canalisation d'admission comportant un élément adapté à réduire l'admission d'air, et en ce que la partie de la canalisation d'air, commune aux plusieurs cylindres, et située en aval de l'élément adapté à réduire l'admission d'air, est reliée à la deuxième chambre de l'organe d'assistance.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 et 7 à 10 dont l'élément de séparation est un piston.
- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel comportent ladite membrane.
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