FR2585078A1 - Perfectionnements relatifs a des moteurs a injection directe - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A DES MOTEURS A INJECTION DIRECTE. L'AJUSTAGE D'INJECTION COMPORTE DES ORIFICES CONCUS POUR DIVISER LE COMBUSTIBLE INJECTE EN PLUSIEURS COURANTS DONT L'UN EST DIRIGE VERS UNE CAVITE CONTENUE DANS LA TETE DU CYLINDRE ET DONT LES AUTRES SONT DIRIGES EN DESSOUS D'UN PLAN DIAMETRAL DU CYLINDRE, PASSANT PAR L'ENDROIT D'INJECTION. L'INVENTION S'APPLIQUE EN PARTICULIER AUX MOTEURS D'AUTOMOBILES ET AUX MOTEURS MARINS HORS-BORD.

Description

I

L'invention concerne la fourniture de combusti-

ble à un moteur en injectant le combustible directement

dans la chambre de combustion.

Pour maintenir les émissions dans l'échappement d'un moteur dans les limites prescrites, il est souhai- table de distribuer convenablement le combustible à l'intérieur de la chambre de combustion. Une façon de réduire les émissions dans l'échappement est d'assurer

que le combustible soit exposé à une quantité suffi-

sante d'air pour le brûler et pour ainsi éviter le

dégagement d'hydrocarbures non brûlés dans l'échappe-

ment. Ce problème est plus grave dans des moteurs fonctionnant suivant le cycle à deux temps, en raison de l'apparition tardive de la fermeture du passage ou lumière d'échappement dans la course de compression.Si le combustible est fourni à un moment notable avant

la fermeture finale du passage d'échappement, une cer-

taine quantité de combustible frais peut s'écouler vers l'échappement, en particulier aux faibles vitesses du

moteur. Cependant, si l'injection est retardée jus-

qu'après la fermeture complète de la lumière d'échappe-

ment, on dispose d'un temps limité pour réaliser la fourniture du combustible et obtenir une dispersion effective du combustible dans la chambre de combustion avant l'allumage. Ceci est important en cas de taux d'admission de combustible élevés et en particulier aux grandes vitesses du moteur,créant une contrainte nouvelle. Les caractéristiques de la projection des gouttelettes de combustible passant par un aJutage dans. une chambre de combustion, ont également un effet

majeur sur l'efficacité de la combustion du combusti-

ble, ce qui affecte à son tour la stabilité de fonc-

tionnement du moteur, le rendement du combustible

et les émissions de l'échappement.

Pour optimaliser ces particularités dans un mo-

teur à allumage par bougie, les caractéristiques souhai-

tables du schéma de projection du combustible sortant d'un aJutage comprennent les petites dimensions des gouttelettes de combustible, la pénétration commandée de la projection de combustible dans la chambre de combustion et, tout au moins aux faibles charges du moteur, un mélange relativement riche au voisinage de

la bougie d'allumage. Plus spécifiquement dans la mai-

trise des composants nuisibles de l'échappement du mo-

teur, il est souhaitable de commander le placement du combustible à l'intérieur de la charge de gaz dans la chambre de combustion, pour satisfaire à un certain

nombre de paramètres différents. Egalement, le com-

bustible devrait être distribué dans la charge de gaz

en sorte que le mélange résultant d'air et de combus-

tible puisse s'allumer facilement à l'endroit de la bougie d'allumage pour que le combustible ait accès

à une quantité suffisante d'air pour brûler complète-

ment et pour que la flamme soit à une température suffisante pour s'étendre à tout le combustible avant de s'éteindre. Il y a d'autres facteurs que l'on doit

considérer aussi, tels que des températures de combus-

tion qui peuvent provoquer la détonation ou la forma-

tion de contaminants indésirables dans le gaz d'échap-

pement. Le but principal de la présente invention est de procurer un procédé et un appareil pour fournir du

combustible à un moteur à combustion interne, qui per-

mettent d'aider à obtenir le niveau requis d'économie

de combustible et d'émissions dans l'échappement.

Considérant ce but, on a prévu un procédé pour

garnir de combustible un moteur à deux temps à allu-

mage par bougie, comportant un cylindre dans lequel une charge de combustible est préparée et une tête de cylindre fermant l'une des extrémités du cylindre et comportant une cavité en elle, qui communique avec le cylindre, des moyens d'allumage pour allumer la

charge de combustible dans la cavité, un piston sou-

tenu pour avoir un mouvement alternatif dans le cylin- dre et un passage d'échappement dans le cylindre, à distance de la- tête du cylindre, ce procédé comprenant les étapes consistant à injecter une quantité dosée de combustible dans le cylindre, en un endroit situé entre le niveau de la lumière d'échappement et la tête du cylindre et de manière à envoyer une partie du combustible dans une direction telle qu'elle pénètre dans la cavité de la tête du cylindre, et à envoyer une autre partie du combustible dans la partie du cylindre du côté opposé d'un plan diamétral du cylindre, à

l'endroit de l'injection du combustible dans le cylindre.

Il convient de diviser le combustible en un certain nombre de courants s'étendant dans le cylindre, l'un des courants fournissant du combustible vers la tête du cylindre pour pénétrer dans la cavité, et l'un au moins des courants étant dirigé vers le bas et à

travers le cylindre.

L'injection du combustible peut être réalisée

à travers la paroi latérale du cylindre par un aju-

tage d'injecteur en un endroit tel que l'aJutage soit couvert par le piston pendant une partie du cycle du moteur. L'ajutage peut avoir une forme qui fournisse le

combustible au cylindre sous forme d'un rideau de for-

me générale conique, qui peut être non brisé, ou bien divisé en un certain nombre de segments. En variante, l'aJutage peut avoir un certain nombre d'orifices, avec un courant individuel de combustible sortant de chaque orifice. Dans cette dernière forme, le courant est de préférence de forme conique. Le rideau conique de combustible, sous forme continue ou interrompue ou de la multiplicité des courants, est de préférence basé entièrement sur une distribution de combustible de forme conique, ayant un angle inclus de 120 + 300. Un moteur à cycle à deux temps classique a normalement deux ou plusieurs passages de transfert

espacés circonférentiellement dans la paroi du cylin-

dre et par lesquels de l'air est admis au cylindre.

L'injection de combustible peut être réalisée en un endroit situé directement au-dessus du passage de transfert, s'il n'y en a qu'un, ou, dans un cylindre

à passages de transfert multiples, directement au-

dessus du passage de transfert principal qui est ordinairement situé centralement par rapport aux autres

passages de transfert en direction circonférentielle.

De préférence, il y a plusieurs courants de

combustible dirigés en travers du cylindre et diver-

gents par rapport au plan axial du cylindre, contenant le courant dirigé vers le haut. Dans un cylindre à

passages de transfert multiples, les courants diver-

gents sont arrangés pour fournir du combustible à l'air entrant dans le cylindre par les passages de

transfert latéraux respectifs. Les courants diver-

gents peuvent aussi être dirigés vers le bas par rap-

port au plan diamétral du cylindre au niveau de l'in-

Jecteur. Le fait de diriger du combustible pour pénétrer

dans la cavité de la tête établit un mélange relative-

ment riche en air et en combustible au voisinage de la bougie d'allumage pour assurer un allumage facile de la charge du cylindre. Le combustible dirigé en travers du cylindre expose cette partie du combustible à la charge d'air fraiche pénétrant dans le cylindre à partir des passages de transfert et, par suite, à la quantité maximale d'air, de façon à aider le mélange

effectif de celui-ci pour avoir une combustion com-

plète du combustible.

Egalement, le fait de diriger vers le bas une partie du combustible expose celui-ci à la surface su- périeure à température élevée du piston, pour réduire l'effet de refroidissement brusque du combustible qui arrive sur la charge d'air., Le fait de diriger le combustible dans les différents courants peut être obtenu en prévoyant, dans un ajutage, des orifices respectifs, chacun orienté dans la direction respective,pour donner des courants de combustible dans les directions de courants

voulues. Les dimensions des orifices respectifs peu-

vent être choisies pour que la quantité de combustible dans chaque courant puisse différer pour contribuer aussi à obtenir la distribution voulue de combustible

dans la chambre de combustion.

Le combustible peut être inJecté comme combus-

tible seul, mais il est de préférence entrainé dans un -gaz tel que de l'air ou un autre gaz entretenant la combustion. L'entraînement du combustible dans un gaz aide à atomiser le combustible tandis qu'il est

délivré par l'aJutage d'injection.

Le degré de pénétration des courants de combus-

tible dans la chambre de combustion peut être comman-

dé en réglant la pression du combustible fourni à

l'aJutage. Une augmentation de la pression d'alimen-

tation en combustible peut être utilisée pour augmen-

ter le degré de pénétration du combustible, de l'aju-

tage dans la chambre de combustion. Le changement de pression de l'apport de combustible peut répondre à un changement de la vitesse du moteur. Commodément, la pression de la source de combustible est accrue d'une quantité réglée lorsque la vitesse du moteur

atteint une valeur choisie.

Dans un agencement, le schéma de distribution de combustible par l'ajutage d'injection est semblable pour tous les taux d'admission de combustible. Dans

d'autres formes de réalisation, le schéma de distribu-

tion du combustible est sensiblement changé, suivant les conditions différentes de vitesse et de charge du

moteur.

Lorsque l'injection est réalisée à travers la paroi du cylindre, comme il est maintenant proposé, plutôt qu'à travers la tête du cylindre, comme dans le cas habituel, on comprendra que l'injection doit être achevée avant que l'ajutage d'injection ne soit couvert tandis que le piston s'élève dans le cylindre

pendant la course de compression.

On préfère par conséquent que l'aJutage de l'injecteur soit situé audessus du niveau du bord

supérieur de la lumière d'échappement, ce bord déter-

minant le moment de la fermeture de la lumière d'échap-

pement dans le cycle du moteur. Il y a lieu d'observer

que, normalement, dans un moteur à deux temps,les passa-

ges de transfert sont disposés de façon à se fermer à peu près au même moment dans le cycle du moteur et de

préférence pas plus tard que la fermeture de la lumiè-

re d'échappement.

On a trouvé désirable aussi de faire varier le réglage dans le temps de la période d'injection par

rapport à la fermeture d'échappement.

Comme dit précédemment, beaucoup des moteurs -

à deux temps possèdent deux ou plusieurs passages de transfert répartis circonférentiellement dans la paroi

du cylindre et cet arrangement aide à obtenir la dis-

tribution de la charge fraIche dans le cylindre et à balayer les gaz d'échappement de toutes les régions du cylindre. L'arrangement des passages de transfert

peut varier entre un passage unique généralement dia-

métralement opposé à la lumière d'échappement, et une multiplicité de passages généralement situés dans les de l'arc de la paroi du cylindre en face de la lumière d'échappement. Pour favoriser le balayage, les passages de transfert sont conformés de manière à créer dans l'air qui arrive une composante de vitesse

en direction de la tête du cylindre.

Ainsi, si l'ajutage d'injection est situé dans la tête du cylindre, l'air qui arrive et le combustible

injecté se déplacent en directions généralement oppo-

sées. La distribution du combustible dans le cylindre est ainsi empêchée et en particulier l'écoulement du

combustible vers les passages de transfert est empê-

chée en raison de l'écoulement en sens contraire, de l'air qui arrive, en sorte qu'il existera une faible

densité de combustible à proximité immédiate des passa-

ges de transfert. Naturellement, la région du cylindre proche des passages de transfert est une région riche en oxydant et ainsi, s'il n'est pas convenablement

alimenté en combustible, cet oxydant n'est pas com-

plètement utilisé.

Eu égard aux considérations dont question ci-

dessus, l'emplacement préféré de l'injection du com-

bustible se trouve dans la paroi du cylindre au-dessus du passage ou des passages de transfert, et entre le

niveau de la lumière d'échappement et la tête du cy-

lindre. Ceci a pour résultat qu'une majeure partie du combustible fourni est dirigée dans le trajet ou les trajets de l'air qui entre dans le cylindre, par les

passages de transfert.

Avec cet arrangement dans lequel l'air et le combustible pénètrent d'un même cOté du cylindre, le

combustible est, aux grandes vitesses du moteur, ef-

fectivement transféré à travers la chambre dans le

court temps disponible, tout en réalisant la distri-

bution du mélange à travers l'espace de combustion dans le cylindre. Cet arrangement tend ainsi à conduire à une charge homogène dans l'espace de combustion, ce qui est désirable pour un fonctionnement aux grandes

vitesses et sous fortes charges.

En plus, le courant de combustible envoyé dans la cavité de la tête du cylindre procure l'avantage d'une charge de combustible quelque peu stratifiée dans la région du commencement de la combustion, ce

qui assure un fonctionnement amélioré sous charge par-

tielle, du moteur, sans avoir des effets fâcheux sen-

sibles sur le fonctionnement aux grandes vitesses

et sous fortes charges.

Des essais ont montré que le schéma de projec-

tion à partir de l'ajutage de l'injecteur doit être

tel qu'entre environ 30% et 60% de la masse de combus-

tible injectée soient dirigés au-dessus du plan dia-

métrai du cylindre, qui passe par l'axe de l'ajutage d'injection, le reste étant envoyé en dessous de ce plan.

La distribution effective du combustible varie-

ra avec les différents moteurs et avec les conditions de fonctionnement. Un équilibre est choisi sur la base

du fait que pour de faibles taux d'admission de com-

bustible, une forte proportion du combustible devrait être dirigée vers le haut et qu'aux taux importants

d'admission de combustible, une forte proportion de-

vrait être dirigée vers le bas. Dans des moteurs qui fonctionnent principalement dans la gamme des fortes charges, comme c'est le cas pour les moteurs marins hors-bord, la distribution est de préférence telle qu'un tiers du combustible soit envoyée vers le haut

du cylindre ez deux tiers vers le bas. Plus généra-

lement, une proportion de 33% à 50% du combustible

devrait être délivrée au-dessus dudit plan diamétral.

Le combustible peut sortir de l'ajutage sous forme de trois courants également espacés angulairement autour

de l'axe de l'aJutage, avec seulement un courant di-

rigé au-dessus de l'axe de l'ajutage. Chaque courant peut sortir sous une forme généralement conique qui

peut avoir un angle inclus d'environ 30 .

On comprendra qu'on peut obtenir des distribu-

tions différentes du combustible avec des relations angulaires différentes entre les courants respectifs

et avec l'angle de cône différent du courant. Norma-

lement, cependant, un courant est dirigé au-dessus de l'axe de l'ajutage et les deux autres courants sont

dirigés en dessous de l'axe, avec un espacement angu-

laire propre à assurer les proportions de combustible requises au-dessus et en dessous du plan diamétral du cylindre passant par l'axe de l'aJutage. L'espacement angulaire entre les deux projections dirigées vers le bas, à l'endroit de l'ajutage, peut avantageusement

varier entre 90 et 150 .

-. Une forme de réalisation de l'aJutage comprend

également un autre courant sortant-axialement de l'aJu-

tage et de dimensions telles qu'environ 5% de la quan-

tité totale de combustible en sortent.

La distribution examinée précédemment, en trois courants de combustible, est obtenue avantageusement

en prévoyant un orifice réglé par une valve pour com-

mander le moment de la fourniture de combustible dans le cycle du moteur et la durée de cette fourniture, et une plaque d'aJutage à l'aval de l'orifice. La

plaque d'ajutage comprend un certain nombre d'ouver-

tures pour diviser la masse du combustible en trois courants dirigés comme décrit ci-dessus. En variante,

il est possible de commander l'écoulement du combusti-

ble par des configurations particulières d'une valve à tige ou valve champignon, et ces deux constructions

seront décrites plus en détail ci-après.

Dans ces construction, il peut y avoir des

-degrés variables d'effets d'attache à la paroi lors-

que -le combustible passe dans le cylindre. L'effet d'attache à la paroi est caractéristique d'un fluide s'écoulant au-dessus d'une surface, qui a tendance à suivre le contour de cette surface plutôt que de se

séparer de celle-ci à l'endroit du changement relati-

vement brusque de la direction de la surface.

L'avantage de l'effet d'attache à la paroi, dans l'ajutage de l'injecteur, peut être mis à profit pour diriger une partie du combustible s'écoulant à travers l'ajutage pour qu'il s'écoule le long de la surface entourant l'orifice ou les orifices de l'ajutage. Dans une construction dans laquelle l'ajutage de l'injecteur est situé dans la paroi d'un cylindre de moteur, on peut utiliser l'effet d'attache à la paroi pour faire qu'une partie du combustible délivré par l'ajutage

s'écoule dans une direction suivant la paroi du cy-

lindre ou généralement parallèle à la paroi du cylindre, généralement dans une direction normale à l'axe du cylindre. Cet écoulement a été trouvé particulièrement avantageux dans la préparation du mélange dans le moteur lorsqu'il fonctionne dans des conditions de vitesse/charge élevées puisqu'il est souhaitable, dans ces conditions, de fournir du combustible à la charge

d'air qui arrive, près des passages de transfert.

Pour décrire plus complètement la distribution de la projection de combustible, on se reportera aux dessins joints au présent mémoire, représentant des arrangements pratiques particuliers de l'ajutage de l'injecteur, et des schémas de projection qui en résultent. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue en coupe d'un moteur

unique et d'un piston d'un moteur à mouvement alter-

natif, à cycle à deux temps, utilisant la compression dans le carter de manivelle pour charger le cylindre

- la figure 2 est une coupe diamétrale du mo-

teur de la figure 1, suivant le plan 2-2;

- la figure 3 est une représentation schémati-

que d'un schéma de projection de combustible,vu dans

la direction de l'axe de l'ajutage d'injection; -

- la figure 4 est un schéma semblable à celui

de la figure 3, de la projection de combustible,con-

sidérée dans la direction A de la figure 3;

- les figures 5 et 6 sont des diagrammes po-

laires du flux de la masse de combustible dans le cylindre, résolu dans les directions correspondant aux figures 3 et 4 respectivement; - la figure 7 est une vue latérale, en partie en coupe, d'un ensemble de dosage et d'injection de

combustible, convenant pour être utilisé avec le mo-

teur montré aux figures 1 et 2 et montrant schémati-

quement l'équipement accessoire qui y est attaché; - la figure 8 est une vue schématique, en partie en coupe, de la région de la chambre de combustible d'un moteur semblable à celui des.figures 1 et 2, et comprenant l'ajutage montré aux figures 9 et 10; - les figures 9 et 10 montrent une autre forme d'ajutage que l'on peut utiliser pour obtenir la distribution désirée de combustible dans la chambre de combustion; - la figure 11 est une vue en partie en coupe d'une valve du type à tige et d'un siège coopérant, convenant comme ajutage d'injection pour être utilisé dans un ensemble d'injecteur montré à la figure 7; et

- la figure 12 est une vue en coupe transver-

sale de la tête de la valve de la figure 11.

En se référant à présent aux figures 1 et 2, on

voit que l'ensemble du moteur est de construction gé-

néralement classique. La chambre de combustion 125 est délimitée par le cylindre 108 et la tête de cylindre 121 et le piston 112, lequel est accouplé par la bielle

113 à l'arbre à manivelle 114 dans le carter de mani-

velle 111. Le carter de manivelle comprend des passa-

ges d'induction d'air 115 pourvus de valves à lames classiques 119 et trois passages de transfert 116 qui font communiquer le carter de manivelle 111 avec les

passages de transfert respectifs, un passage de trans-

fert central 118 et les deux passages de transfert 117

et 119 qui le flanquent.

Les passages de transfert sont formés chacun dans la paroi du cylindre 110, normalement avec leurs bords supérieurs respectifs situés dans le même plan diamétral du cylindre. Une lumière d'échappement 120 est formée dans la paroi du cylindre, généralement en face du passage de transfert central 118. Le bord supérieur de la lumière d'échappement peut se trouver légèrement au-dessus du plan diamétral des bords supérieurs des passages de transfert, comme le montre la figure 1.

La tête 121 du cylindre a une cavité de combus-

tion centrale 122 dans laquelle s'étend la bougie d'allumage 123. L'aJutage 124 de l'injecteur est situé dans la paroi du cylindre directement au-dessus du passage de transfert central 118. L'ajutage 124 est, dans cet exemple, situé au-dessus du bord supérieur du passage de transfert, en sorte que son axe se trouve entre la moitié et les trois quarts de la distance de

ce bord au sommet du cylindre. De façon générale, l'aju-

tage est situé en sorte qu'il ne soit pas complètement couvert par le piston, Jusqu'à ce que le piston soit dans une position correspondant à une position de l'arbre à manivelle comprise entre 60 et 70 en avant de la position de point mort supérieure du piston. On

comprendra que l'ajutage sera découvert dans une posi-

tion correspondante du piston et de l'arbre à mani-

velle après le point mort supérieur. Egalement, il y

aura une période pendant laquelle l'ajutage est pro-

gressivement couvert et découvert par le piston. Typi-

quement, cette période peut être équivalente à environ

de rotation de l'arbre à manivelle.

On a trouvé que le réglage dans le temps ou moment de l'injection du combustible par rapport à la

fermeture de la lumière d'échappement 120 est un fac -

teur important pour obtenir le degré requis de mélange du combustible avec l'air qui arrive, et pour éviter une perte indésirable de combustible par le passage d'échappement. Un mélange effectif de combustible avec l'air et la limitation de la perte de combustible à travers la lumière d'échappement améliorent l'économie

de combustible et réduisent les émissions d'hydrocarbures.

A ce point de vue, il est souhaitable de com-

mander le temps d'injection en sorte que le point central de la période d'injection se situe sensiblement à un intervalle de temps uniforme avant la fermeture de la lumière d'échappement.

On croit que la souhaitabilité de cet inter-

valle de temps est en rapport avec la vitesse de la charge d'air entrante et avec le diamètre du cylindre, ce dernier se rapportant à la distance du passage de

transfert à la lumière d'échappement. Des essais pra-

tiqués sur un moteur marin hors-bord à deux cylindres ayant des alésages de cylindre de 80 mm, ont indiqué que l'intervalle de temps entre l'instant central de l'injection et la fermeture de la lumière d'échappement devrait être d'environ 3 millisecondes pour la gamme de vitesses de fonctionnement normale de 2000 à 5000 tours par minute. A l'extrémité inférieure de la gamme des vitesses, cette valeur est sensiblement diminuée, comme par exemple pour avoir environ 2 millisecondes

à 1000 tours par minute.

Les réglages dans le temps de l'injection pour le moteur utilisé dans les essais précités et ayant une fermeture de la lumière d'échappement à 262, 5 après le point mort supérieur,sont les suivants (tous les réglages dans le temps sont exprimés en degrés après le point mort supérieur): Vitesse du moteur Injection T.P.M. Départ Fini Milieu

1200 245 274 259,5

2000 214 258 236

3000 232 298 265

4000 192 266 229

5000 114 224 169

5500 95 207 151

En se reportant à présent aux figures 3 et 4, on y voit une distribution typique de projections de combustible autour de l'axe de l'aJutage et par rapport à la paroi du cylindre, respectivement. L'aJutage 124 est arrangé pour donner trois courants principaux de combustible dont les lignes centrales sont indiquées par 30, 31 et 32. Le courant 31 est dirigé vers le haut pour fournir du combustible dans la cavité 122 de la tête du cylindre et, par conséquent, la direction de ce courant est principalement déterminée par les positions relatives de la cavité 122 et de la bougie

d'allumage 123 par rapport à l'aJutage d'injection 124.

La cavité 122 a son plan central colncidant avec le plan axial du cylindre,passant par le centre de la lumière d'échappement 120 et le passage de transfert central 118, et il est quelque peu décalé dans ce plan vers le cOté du psssage de transfert du cylindre. L'axe de l'ajutage 124 est également couplé dans le plan précité. Les deux courants 30 et 32 dirigés vers le bas

sont symétriques par rapport au plan axial dont ques-

tion ci-dessus et la ligne centrale ou axe de chaque projection est de préférence située à l'intérieur d'un cône ayant un angle inclus compris entre 90 et 150 et s'étendant à partir de la pointe de l'aJutage. Le cone n'a pas besoin d'être --coaxial avec l'axe de l'ajutage et peut être incliné par rapport à lui dans

ledit plan axial. Les angles 0 et Y montrés à la fi-

gure 4 peuvent varier chacun de 15 à 60 , le choix

de ces angles dépendant du moteur particulier ali-

menté. Les angles dont question ci-dessus sont tels

que projetés sur les plans représentés aux dessins.

* Les figures 5 et 6 sont des diagrammes po-

laires de la distribution de la masse de combustible

dans le cylindre, avec les trois courants de combusti-

ble arrangés comme montré aux figures 3 et 4. Les dia-

grammes polaires représentent la distribution de coz-

bustible résolue dans les deux plans qui sont repré-

sentés par les figures 3 et 4. La longueur du vecteur

du centre de l'ajutage au point reporté dans une direc-

tion quelconque représente la densité du combustible

dans le cylindre, dans cette direction.

L'ajutage d'injection 124 indiqué à la figure 1 est une partie intégrante d'un système de dosage et d'injection de combustible, de préférence du type dans

lequel du combustible entraîné dans de l'air est déli-

vré à la chambre de combustion du moteur par la pres-

sion de la source d'air. Une forme particulière de l'unité de dosage et d'injection de combustible est

représentée à la figure 7 des dessins.

L'unité de dosage et d'injection de combustible comprend un dispositif de dosage dont on dispose dans

le commerce, 130, tel qu'un injecteur à corps d'étran- glement du type pour automobiles, couplé à un corps d'injecteur 131 qui

contient une chambre de retenue

132. Le combustible est tiré du réservoir à combusti-

ble 135 et il est délivré par la pompe à combustible 136 en passant par le régulateur de pression 137 et par le passage d'admission 133 au dispositif de dosage

130. Le dispositif de dosage qui fonctionne de ma-

nière continue fait passer une quantité dosée de com-

bustible dans la chambre de retenue 132 suivant la

demande de combustible du moteur. L'excès de combus-

tible fourni au dispositif de dosage est renvoyé au réservoir de combustible 135 en passant par le passage

de retour de combustible 134. La construction parti-

culière du dispositif de dosage de combustible 130 n'est pas critique pour la présente invention et tout

dispositif convenable peut lui être substitué.

En fonctionnement, la chambre de retenue 132 est mise sous pression par de l'air fourni par la source d'air 138 à travers le régulateur de pression 139 en passant par le passage d'entrée d'air 145 dans le-corps 131. La valve d'injection 143 est actionnée pour permettre à l'air sous pression de délivrer la quantité dosée de combustible à travers l'ajutage d'in-

jection 142 dans une chambre de combustion du moteur.

La valve d'injection 143 est d'une construction de

valve à tige ou valve champignon s'ouvrant vers l'in-

térieur, vers la chambre de combustion, c'est-à-dire

vers l'extérieur de la chambre de retenue.

La valve d'injection 143 est couplée par une tige de valve 144 qui passe à travers la chambre de retenue 132, à l'armature 141 du solénoïde 147 situé à l'intérieur du corps d'injecteur 131. La valve 143 est sollicitée vers sa position de fermeture par le

ressort à disque 140 et elle est ouverte par l'excita-

tion du solénoïde 147. L'admission de courant au so-

lénolde 147 est commandée dans un rapport temporel avec le cycle du moteur pour réaliser la délivrance de

combustible, de la chambre de retenue 132 à la cham-

bre de combustion du moteur.

D'autres détails du fonctionnement du système d'injection de combustible, comprenant une chambre de retenue, sont décrits dans la demande de brevet

australien No. 32123/84 et dans la demande correspon-

dante aux E.U.A., No. 740067 déposée le 2 avril 1985, dont les exposés peuvent être consultés à titre de références. L'excitation du solénoïde 147 est réglée dans

le temps par rapport au cycle du moteur,par un pro-

cesseur électronique convenable 150. Le processeur reçoit un signal d'entrée provenant du dispositif 151

sensible à la vitesse, lequel signal indique la vi-

tesse du moteur et identifie aussi un instant de réfé-

rence dans le cycle du moteur, par rapport auquel le

fonctionnement peut être réglé dans le temps. Le pro-

cesseur 150 reçoit également un signal provenant du dispositif sensible à la charge, 152, lequel signal indique le débit de l'air vers le système d'injection d'air du moteur. Le processeur est programmé pour dé-

terminer, à partir du signal de débit d'air, la de-

mande de charge du moteur.

Le processeur 150 est en outre programmé pour déterminer, à partir des conditions de vitesse et de charge du moteur, le réglage dans le temps voulu de

l'injection du combustible dans la chambre de combus-

tion. Avantageusement, le processeur comprend une carte à points multiples indiquant le réglage dans le temps de l'injection nécessaire pour une gamme de charges et de vitesses du moteur, ces éléments ayant été déterminés à partir d'essais exécutés pour obtenir les niveaux voulus de puissance du moteur et d'émissions dans l'échappement. Le processeur est semblablement programmé pour obtenir d'une carte à points multiples le réglage dans le temps de l'allumage du moteur par rapport à la charge - et à la vitesse du moteur, comme

dit précédemment.

Le processeur procure des signaux appropriés au dispositif de commande 153 de l'inJecteur et au dispositif de commande 154 de l'allumage, suivant les déterminations, pour exciter le solénoïde 147 au moment voulu, pour l'injection du combustible et pour mettre en activité la bougie d'allumage 123 au moment voulu

pour l'allumage. La construction des dispositifs sen-

sibles à la charge et à la vitesse, convenant pour être utilisés comme indiqué ci-dessus, est bien connue dans

l'industrie ainsi que le sont les processeurs qui doi-

vent s'acquitter des fonctions demandées pour le pro-

cesseur 150.

La figure 9 est une vue en coupe et la figure est une vue en bout d'une forme de plaque d'ajutage à utiliser dans la paroi du cylindre du moteur pour obtenir la disposition voulue du combustible dans le cylindre. Cet ajutage est utilisé en association avec la valve à tige ou valve champignon telle que montrée

à la figure 7, qui déclenche à temps et règle une ali-

mentation en combustible de l'ajutage. La plaque à ajutage est adaptée à l'extrémité du corps d'injecteur 131 pour comprendre la valve 143. Du combustible est fourni à l'alésage central 50 par la valve 43 et il sort de l'ajutage par les trois orifices 51, 52 et 53 qui ont même diamètre. Les orifices sont régulièrement écartés angulairement autour de l'axe de l'alésage 50, l'axe de l'orifice 52 étant cependant incliné de 500

sur l'axe de l'alésage, tandis que les axes des orifi-

ces 51 et 53 sont inclinés de 45 sur lui. Dans une forme modifiée, l'ajutage peut comprendre un orifice

axial 54, comme montré en traits interrompus. Cet ori-

fice axial est d'un diamètre considérablement plus petit que celui des orifices 51, 52 et 53, en sorte qu'environ 5% de la quantité totale de combustible sort

par cet orifice.

L'ajutage montré aux figures 9 et 10 et décrit plus haut sous une forme modifiée, avec l'orifice 54, peut être utilisé pour assurer une distribution du combustible dans une chambre de combustion de moteur, comme montré à la figure 8. La position de l'ajutage

124 est choisie en sorte qu'avec des schémas particu-

liers de courants de combustible qui sont créés par

l'arrangement des orifices dans l'ajutage, les cou-

rants ne tombent pas brutalement sur les diverses sur-

faces de la chambre de combustion et ne provoquent pas

un mouillage indésirable de ces surfaces par le com-

bustible. Un autre facteur qui influence la position de l'ajutage 124 est qu'un temps convenable doit être prévu pour achever l'injection de combustible avant que-le piston ne se déplace plus près du courant de combustible le plus bas qui sort de l'aJutage. De préférence, l'aJutage doit être situé de façon que le piston ne gêne pas les courants de combustible avant les derniers 90 du mouvement de la manivelle dans la

course de compression du piston.

Comme montré à la figure 8, le courant 60 de combustible provenant de l'ajutage 124 est dirigé vers

le haut en travers du cylindre pour fournir du com-

bustible vers la cavité 122. Le courant 60 est arrangé

pour ne pas tomber sur la bougie d'allumage 123 puis-

que ceci tendrait à créer des dépôts indésirables sur celle-ci. Cependant, le courant 60 créera un nuage

riche en combustible dans la cavité 122, nuage qui se-

ra facilement allumable par la bougie d'allumage.

Le courant de combustible 61 est dirigé à tra-

vers le cylindre vers le côté de la lumière d'échappe-

ment du cylindre. Les deux courants de combustible 62

divergent de part et d'autre du courant 61 pour four-

nir du combustible aux régions des côtés respectifs du cylindre. Ces courants 62 sont également dirigés vers le bas, en dessous du plan diamétral du courant 61, vers la couronne 108 du piston 112. Les courants 62 fournissent du combustible à l'air qui entre par les passages de transfert latéraux dans un moteur à passages de transfert multiples, et fournissent du combustible à la région de transfert riche en oxydant lorsque le piston se déplace vers le haut en emmenant

ainsi de la charge vers le sommet du cylindre, en rai-

son des effets de turbulence créés par le mouvement

du piston.

Les figures 11 et 12 sont des vues d'une cons-

truction en variante convenable de la valve à tige 143 et du siège coopérant de l'aJutage 142 pour celle-ci, pour être incorporés au corps d'injecteur 131 décrit

précédemment. Cette variante produit un schéma de pro-

Jection à deux courants plutOt qu'un schéma à trois ou à quatre courants comme décrit ci-dessus. Le passage 49 a une embouchure 35 s'évasant vers l'extérieur, qui a une surface de siège 29 qui

coopère avec la surface de siège 32 de la valve 33.

Immédiatement vers l'intérieur de l'embouchure 35 se trouve la gorge cylindrique 36 qui se fond en 37 avec le passage axial 38 d'alimentation en combustible. La valve à tige 33 a une tête conique classique 39 pour coopérer avec l'embouchure conique 35, et une tige cylindrique 40.Entre la tête 39 et la tige 40, il y a un bossage cylindrique 41 avec une partie conique 42

qui se fond avec la tige 40.

Le bossage 41 et la partie conique 42 sont dé-

gagés comme indiqué en 43 et 44 pour fournir des régions de plus grand trajet d'écoulement entre le bossage 41 et la gorge 36. Les régions dégagées 43 et 44 sont séparées par une surface axiale périphérique étroite et par une surface axiale périphérique large 46 du bossage.

Lorsqu'il est installé dans la paroi du cylin-

dre du moteur, l'aJutage est placé en sorte que la surface périphérique axiale large 46 soit placée le plus haut vers la tête de cylindre 121 et la surface axiale étroite 45 le plus vers le bas. En conséquence des restrictions supplémentaires à l'écoulement du

combustible dans les régions de l'ajutage o se trou-

vent les surfaces 45 et 46, cet aJutage produira un

écoulement du combustible plus important dans le cy-

lindre, dans la direction vers le bas, en passant par

les dégagements 43 et 44, que ce n'est le cas en di-

rection du haut. Egalement, comme les dégagements sont orientés vers l'extérieur, l'écoulement à travers eux sera dirigé latéralement vers l'un et l'autre des côtés

du cylindre.

D'autres configurations de valves et de sièges peuvent être utilisées pour obtenir la distribution voulue du combustible pénétrant dans le cylindre du moteur. De façon générale, on veut que la configuration

de la valve et du siège soit propre à former des cou-

rants respectifs de gouttelettes de combustible,diri-

gés vers le haut et vers le bas par rapport au plan diamétral du cylindre à l'endroit de l'aJutage, avec les proportions appropriées de la quantité totale de

combustible dans les courants respectifs.

Un procédé et un appareil de dosage et d'injec-

tion de combustible convenant pour être utilisés dans

la mise en oeuvre de l'invention sont décrits dans cha-

cune des demandes de brevets australiens en cours, Nos. PH2876 et PH3343 et les exposés de chacune de ces demandes sont cités ici à titre de références. Les exposés de ces demandes particulières décrivent des

ajutages qui comprennent une valve et un siège com-

plémentaire dans le combustible, o du combustible est fourni à la voie d'écoulement formée entre ces

deux parties lorsque la valve est en position d'ou-

verture, à travers un certain nombre d'orifices péri-

phériques dans le siège. Des ajutages conformes à ces constructions peuvent être utilisés dans la mise en

pratique de l'invention.

Dans cette description, on a fait spécifique-

ment référence à la direction et à la forme de la projection de gouttelettes de combustible passant dans

le moteur à partir de l'ajutage d'injection. On com-

prendra que ces particularités seront influencées par les conditions régnant dans la chambre de combustion du moteur, dans laquelle le combustible est injecté, y compris les directions des vitesses du mouvement de la charge de gaz dans la chambre de combustion. Ces

conditions et d'autres influences dynamiques empê-

chent une définition précise de la forme et de la direction de la projection de combustible dans les

conditions effectives de fonctionnement. Par consé-

quent, les particularités de direction et de forme de la projection de gouttelettes de combustible dont il est question ici, sont décrites et déterminées dans de l'air tranquille,à la pression atmosphérique et

dans les trajectoires montrées sur les dessins.

On a fait référence, dans la description, aux

changements du degré de pénétration de la projection de combustible dans la chambre de combustion avec la charge du moteur, et ceci peut être obtenu en faisant

varier la pression du fluide qui produit l'injection.

On a décrit dans la demande de brevet australien de

la demanderesse, No. PH1560, un procédé et un appa-

reil pour faire varier la pression d'un gaz dans le-

quel du combustible est entraîné, le combustible étant injecté dans une chambre de combustion de moteur par

la pression du gaz. Ce procédé et cet appareil con-

viennent pour être utilisés en association avec le procédé et l'appareil suivant la présente invention et on se reportera à ladite demande de brevet australien,

No. PH1560, à titre de référence.

L'invention est applicable à des moteurs à com-

bustion interne à cycle à deux temps pour tous usages,

et elle est particulièrement intéressante pour contri-

buer à l'économie de combustible et à la maîtrise des émissions de l'échappement de moteurs pour et sur des véhicules comprenant les automobiles, les motocyclettes

et les bateaux comportant des moteurs marins hors-bord.

Claims (28)

REVENDICATIONS

1.Procédé pour alimenter en combustible un moteur à

cycle à deux temps à allumage par bougie (123) ayant un cy-

lindre (llO)dans lequel est préparée une charge de combus-

tible, et une tête de cylindre (121) fermant une extrémité du cylindre (11O)et comprenant une cavité (122)qui communi- que avec le cylindre (110) , des moyens d'allumage (154,

123) pour allumer la charge de combustible dans ladite ca-

vité (122), un piston (112)soutenu pour avoir un mouvement

alternatif dans le cylindre (110) et une lumière d'échap-

pement (120) dans la paroi du cylindre (110), espacée en direction axiale de la tête du cylindre (12), ce procédé

étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consis-

tant à injecter une quantité dosée de combustible dans le

cylindre (110) en un endroit (124) de l'espace compris en-

tre la lumière d'échappement (120) et la tête du cylindre (121)et de façon à diriger une partie (31) du combustible dans la direction de la cavité (122) de la tête du cylindre (121),et à diriger une autre partie (30,32) du combustible dans la partie du cylindre (110)du côté opposé par rapport à un plan diamétral du cylindre passant à l'endroit de

l'injection du combustible.

2.Procédé pour alimenter en combustible un moteur,

suivant la revendication l,caractérisé en ce que le combus-

tible est injecté sous forme de deux ou de plusieurs cou-

rants (30, 31, 32) dont l'un au moins (31) est dirigé vers

la cavité (122) de la tête du cylindre (121).

3.Procédé pour alimenter en combustible un moteur,

suivant la revendication l,caractérisé en ce que le combus-

tible est injecté dans un schéma de projection sous forme de rideau en forme de cône ou de segment conique divergeant

à partir de l'endroit d'injection (124).

4.Procédé pour alimenter en combustible un moteur,suivant la revendication 2,caractérisé en ce que les directions des courants (30, 31, 32) divergent à partir de

l'endroit d'injection (124).

5.Procédé pour alimenter en combustible un moteur, suivant la revendication 3,caractérisé en ce que l'angle

inclus du cône est compris entre environ 90 et 150 .

6.Procédé pour alimenter en combustible un moteur,suivant la revendication 4,caractérisé en ce que les

projections divergentes(30, 31,32) sont situées sensible-

ment à l'intérieur d'un cône divergeant à partir de l'endroit de l'injection (124) et ayant un angle inclus

compris entre 90 et 150 .

7.Procédé pour alimenter en combustible un moteur à cycle à deux temps à allumage par bougie (123) ayant un piston (112) à mouvement alternatif dans un cylindre (110),

ce cylindre (110)ayant une tête de cylindre (121) qui en-

ferme une extrémité, et une lumière d'échappement (120) dans la paroi du cylindre (110), à distance de la tête du cylindre (121),ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à injecter le combustible dans le cylindre(110) en un endroit (124) situé entre le

niveau de la lumière d'échappement (120)et la tête du cy-

lindre (121) et de façon à fournir entre 30% et 70% du com-

bustible injecté dans un cycle de combustible, dans la partie du cylindre (110) comprise entre la tête du cylindre (121)et un plan diamétral du cylindre,passant par

l'endroit d'injection (24).

8.Procédé pour alimenter en combustible un moteur,

suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le com-

bustible est injecté dans un schéma de projection situé sensiblement dans un cône s'étendant à partir de l'endroit d'injection (124) et ayant un angle inclus compris entre

90 et 150 .

9.Procédé pour alimenter en combustible un

moteur,suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8,

caractérisé en ce que le combustible est injecté pour for-

mer un rideau en forme de cône ou de segment conique.

10.Procédé pour alimenter en combustible un

moteur,suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8,

caractérisé en ce que le combustible est injecté sous forme de deux ou de plusieurs courants (30,31,32) dont l'un au moins (31) est dirigé vers la cavité (122) de la tête du

cylindre (121).

11.Procédé suivant l'une quelconque des revendica-

tions 7 et 8, caractérisé en ce que le combustible est in-

jecté sous forme de trois courants (30,31,32) l'un (31) dirigé dans la partie du cylindre (110)comprise entre la

tête du cylindre (121) et le plan diamétral.

12.Procédé pour alimenter en combustible un

moteur,suivant l'une quelconque des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que le combustible est injecté en un endroit(124)situé dans le côté du cylindre (110) à

l'opposé de la lumière d'échappement (120).

13.Procédé pour alimenter en combustible un

moteur,suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11,

caractérisé en ce qu'un passage d'entrée d'air (118) est

prévu dans le côté du cylindre (110) à l'opposé de la lu-

mière d'échappement(120) et o le combustible est injecté dans le cylindre (110) en un endroit (124) de ce côté du

cylindre (110).

14. Procédé pour alimenter en combustible un moteur à cycle à deux temps à allumage par bougie (123)comportant un cylindre (110), un piston (112) animé d'un mouvement alternatif dans ce cylindre (110), une tête de cylindre (121) fermant une extrémité du cylindre(llO),une cavité (122) dans la tête du cylindre (121) communiquant avec le cylindre (110) et contenant un dispositif d'allumage (123),une lumière d'échappement (120) dans le cylindre (110), à distance de la tête du cylindre(121)et un passage d'entrée d'air (11g) dans le cylindre (110)dans le côté du cylindre (110)opposé à la lumière d'échappement (120),ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes

consistant à admettre de l'air au cylindre (110)par le pas-

sage d'entrée d'air (118), tandis que l'air est admis en

injectant du combustible dans le cylindre (110) en un en-

droit (124) dudit côté du cylindre (110) compris entre La passage d'entrée d'air (118)et la tête du cylindre (127) et à diriger une partie (31) du combustible dans la direction de la cavité (122) dans la tête du cylindre (121) et le reste du combustible (30,32) dans une direction vers l'air

entrant dans le cylindre (110),qui doit y être entraîné.

15.Procédé pour alimenter en combustible un moteur,suivant la revendication 14,caractérisé en ce que la partie (31)du combustible dirigée vers la cavité (122) est

de 30% à 70% de la quantité de combustible injectée.

16.Procédé suivant l'une quelconque des revendica-

tions 14 et 15, caractérisé en ce que le combustible est injecté sous forme de deux ou de plusieurs courants

(30,31,32) dont l'un au moins (31) est dirigé vers la ca-

vité (122)dans la tête du cylindre (121).

17.Procédé suivant l'une quelconque des revendica-

tions 2, 10 et 16, caractérisé en ce que le combustible est injecté sous forme d'au moins trois courants (30, 31,32) deux desdits courants (30,32) étant dirigés dans ladite

partie du cylindre (110) située du côté opposé du plan dia-

métral, chacun desdits deux courants (30,32) divergeant

dans des directions opposées à partir du plan axial du cy-

lindre (110) qui passe par l'endroit d'injection (124).

18.Procédé suivant la revendication 17, caractérisé en ce que les courants (30, 31,32) de combustible forment

un schéma de projection situé sensiblement dans un cône di-

vergeant depuis l'endroit d'injection (124)avec un angle

inclus compris entre 90 et 150 .

19.Moteur à cycle à deux temps, à allumage par bou-

gie (123), ayant un cylindre (110) dans lequel une charge de combustible est préparée, une tête de cylindre (121) fermant une extrémité de ce cylindre (110) et comprenant une cavité (122) qui communique avec le cylindre (110)des

moyens d'allumage (123) pour allumer la charge de combusti-

ble dans la cavité (122)un piston (112) soutenu pour avoir un mouvement alternatif dans le cylindre (110)et une lumière d'échappement (120) dans la paroi du cylindre (110) espacée en direction axiale de la tête du cylindre (121) caractérisé en ce qu'il comprend de plus un ajutage (124) par lequel du combustible est injecté dans le cylindre (110) et placé dans la paroi du cylindre (110) dans l'espace compris entre la lumière d'échappement (120) et la

tête du cylindre (121) cet ajutage (124) étant propre à di-

riger le combustible dans le cylindre (110) de manière à ce

qu'une partie (31) du combustible soit dirigée vers la ca-

vité (122) dans la tête du cylindre (121) et qu'une autre partie (30,32) du combustible soit dirigée dans la partie

du cylindre (110) du côté opposé d'un plan diamétral du cy-

lindre à l'endroit d'injection (124)du combustible.

20.Moteur suivant la revendication 19,caractérisé en ce que l'ajutage (124) est propre à injecter le combustible sous forme de courants (30, 31, 32) dont l'un au moins (31) est dirigé vers la cavité (122) dans la tête du cylindre

(121).

21.Moteur suivant la revendication 19,caractérisé en ce que l'ajutage (124) est propre à injecter le combustible en un schéma de projection en forme de rideau, lequel est en forme de cône ou de segment conique divergeant à partir

de l'endroit d'injection (124).

22.Moteur suivant la revendication 20,caractérisé en ce que l'ajutage (124) est propre à faire en sorte que les courants (30,31,32) de combustible sortent de l'ajutage

(124) comme courants divergents.

23.Moteur suivant la revendication 21,caractérisé en ce que l'angle inclus du cône est compris entre 90 et .

24.Moteur suivant la revendication 22,caractérisé en

ce que l'ajutage (124) est conformé en sorte que les cou-

rants divergents (30,31,32) sortent sous une forme située sensiblement dans un cône divergeant à partir de l'endroit d'injection (124) et ayant un angle inclus compris entre

900 et 150 .

25.Moteur suivant l'une quelconque des revendica-

tions 19 à 24, caractérisé en ce que l'ajutage (124) est conformé en sorte que le combustible en sorte'pour fournir

entre 30% et 50% du combustible injecté par cycle de com-

bustion dans la partie du cylindre (110) comprise entre la tête du cylindre (121) et un plan diamétral du cylindre

(110) passant par l'endroit d'injection (124).

26.Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il com-

prend un moteur à combustion interne suivant l'une quel-

conque des revendications 19 à 25.

27.Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection de combustible (130,131)pouvant fonctionner suivant le procédé défini dans

l'une quelconque des revendications 1 à 18.

28.Moteur à combustion interne suivant l'une quel-

conque des revendications 19 à 25 et 27 caractérisé en ce

qu'il est un moteur marin hors-bord.