FR2585080A1

FR2585080A1 - Procede et dispositif d'injection de carburant, moteur a combustion interne a injection, et vehicule equipe d'un tel moteur

Info

Publication number: FR2585080A1
Application number: FR8610571A
Authority: FR
Inventors: Peter William Ragg; Michael Leonard Mckay; Roy Stanley Brooks
Original assignee: ORBITAL ENG Pty
Current assignee: ORBITAL ENG Pty
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1987-01-23
Anticipated expiration: 2006-07-21
Also published as: GB8706098D0; MX170904B; DE3690391T1; CA1279798C; AU594077B2; BR8606802A; WO1987000583A1; JPS63500323A; JP2669819B2; GB2190707A; DE3690391C2; BE905139A; FR2585080B1; AU6147586A; GB2190707B; US4759335A

Abstract

LE PROCEDE ET LE DISPOSITIF D'INJECTION DE CARBURANT LIQUIDE DANS UN MOTEUR 9 A COMBUSTION INTERNE A ALLUMAGE PAR ETINCELLE 23 ET A CHAMBRE DE COMBUSTION 22 ASSURENT LE MELANGE D'UNE QUANTITE DOSEE DE CARBURANT DANS UNE CHARGE DE GAZ A L'EXTERIEUR DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION 22, LA VARIATION DE CETTE QUANTITE DOSEE EN REPONSE A LA DEMANDE DE CHARGE DU MOTEUR 9, ET L'ENVOI DU MELANGE DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION PAR UNE LUMIERE A OUVERTURE SELECTIVE. SI LA QUANTITE DOSEE EST INFERIEURE A UN PREMIER SEUIL, LE CARBURANT PULVERISE ENTRE DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION 22 AVEC UN DEGRE DE PENETRATION INFERIEUR A CE QU'IL EST SI LA QUANTITE DOSEE EST SUPERIEURE A UN DEUXIEME SEUIL SUPERIEUR AU PREMIER. APPLICATION AUX MOTEURS A DEUX ET QUATRE TEMPS, NOTAMMENT AUX MOTEURS HORS-BORD.

Description

t

L'invention concerne des systèmes d'injection de car-

burant pour moteurs à combustion interne et, en particulier

d'injection directe de carburant dans la chambre de combus-

tion. L'invention s'applique en particulier aux moteurs à deux et à quatre temps, à allumage par étincelle. Des efforts considérables ont été consacrs à la mise au point de systèmes d'injection directe (dans lescylindr) pour

moteurs à combustion interne. La plupart des travaux concer-

naient les injecteurs de moteurs diesel mais, récemment, les moteurs à allumage par étincelle ont reçu une attention plus poussée. Dans notre demande de brevet américain No. 740 067 et notre demande correspondante de brevet australien No. 32132/ 84, on a décrit un système d'injection directe adapté pour être utilisé sur les moteurs à allumage par étincelle. Une quantité dosée de carburant est refoulée dans une chambre de maintien et une soupape est ouverte pour permettre à de l'air comprimé de propulser le carburant, par la soupape, dans une chambre de combustion du moteur. La quantité cdosée de carburant

varie en fonction de la charge du moteur. La soupape men-

tionnée plus haut est incorporée dans l'injecteur, ce qui fait que la soupape remplit la fonction de la synchronisation

de l'alimentation en carburant et de l'atomisation dudit car-

burant.

Les caractéristiques de la pulvérisation des goutte-

lettes de carburant sortant de l'injecteur, dans une chambre de combustion, ont d'importants effets sur le rendement de la

combustion du carburant ce qui, de son côté, affecte la sta-

bilité de marche du moteur, le rendement du carburant et les émissions de l'échappement. Afin d'optimiser ces effets, dans

un moteur à allumage par étincelle, les caractéristiques sou-

haitables du modèle de pulvérisation du carburant sortant de l'injec-

teur portent sur la taille réduite des gouttelettes de carbu-

rant, la pénétration contrôlée du jet pulvérisé de carburant dans la chambre de-combustion, et au moins, quand le moteur est sous

faible charge,une distribution uniforme et relativement limi-

tée du nuage de gouttelettes de carburant.

Pour le contrôle des éléments nocifs de l'échappement du moteur, il est souhaitable de contrôle. e positionnement du carburant à l'intérieur de la charge d'air dans la cham- bre de combustion, afin de satisfaire à un certain nombre de paramètres. Dans l'idéal, le carburant devr:it êt7e:istribué dans la charge de gaz de façon que le mélange carburant-air résultant s'enflamme facilement au niveau de la bougie, la totalité du carburant ayant accès à une quantité d'air suffisante pour brûler totalement et la flamme conservant une température suffisante pour s'étendre à la totalité du carburant avant de s'éteindre. Il existe d'autres facteurs dont il faut tenir compte, tels que la température de combustion susceptible de

favoriser l'explosion ou la formation d'agents polluants in-

désirables dans les gaz d'échappement.

On a trouvé lors de nos expériences sur l'injection directe de carburant des moteurs deux temps que, sous faible charge, on obtenait les caractéristiques de combustion les plus favorables quand le carburant était introduit dans la

chambre de combustion, en gouttelettes aussi fines que pos-

sible et en nuage diffus, mais relativement limité dans la

zone de la bougie.

On a trouvé en outre que, sous forte charge du moteur,

on obtenait les caractéristiques de combustion les plus favo-

rables quand le carburant était également introduit en gout-

telettes aussi fines que possible, mais qu'il fallait une

distribution bien plus poussée dans l'espace du nuage de car-

burant ot plus profondémentdans la chambre de combustion que

dans le cas du nuage de carburant sous faible charge.

Bien que les systèmes d'injection pneumatiques décrits dans les demandes qui précèdent assurent la fine atomisation souhaitable des gouttelettes de carburant et une période d'injection suffisamment courte pour pouvoir être utilisés dans les moteurs deux temps modernes, il a également été constaté jusqu'à cette date qu'une soupape d'injection qui assurait une distribution correcte du jet pulvérisé de carburant sous

faible charge du moteur, donnait une distribution moins ac-

ceptable sous une forte charge. De façon analogue, une soupa-

pe d'injection qui assurait la distribution requise sous une forte charge du moteur ne fonctionnait pas aussi bien sous une faible charge. On a trouvé donc, dans la pratique, qu'il était nécessaire d'utiliser une soupape d'injection dont les performances constituaient un compromis aux deux extrêmes du régime de charge, afin d'obtenir les meilleures performances

d'ensemble du moteur.

Une technique en partie satisfaisante pour remédier à ce problème a été de varier la pression de l'air comburant,

mais ceci peut produire, à la fois une atomisation insuffi-

sante du carburant et une température excessivement élevée de

l'injecteur quand on utilise des basses pressions.

Nous avons trouvé maintenant qu'en veillant tout par-

ticulièrement au dessin et au positionnement des injecteurs, la distribution dans l'espace des gouttelettes de carburant

pouvait être réalisée de manière à pouvoir varier favorable-

ment sur une large gamme, en réponse à la charge du moteur.

En conséquence, l'un des objets de la présente inven-

tion est de réaliser un procédé d'injection de carburant li--

quide dans un moteur à combustion interne à alluma-

ge par étincelle doté d'une chambre de combustion

comprenant l'entraînement d'une quantité dosée de car-

burant liquide dans une charge de gaz, la variation de la quantité dosée de carburant en réponse à la

demande de charge du moteur et l'alimentation de la charge carbu-

rant-gaz dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une lumière s.'ouvrantsélectivement, ladite lumière étant configurée et les conditions d'écoulement par la lumière étant sélectionnées de manière qu'avec des quantités dosées de carburant au dessous d'une première valeur prédéterminée, le jet de carburant pulvérisé pénétrant dans la chambre de combustion ait un degré de pénétration dans celle-ci inférieur à celui du jet de carburant délivré quand la quantité dosée de carburant est supérieure à une seconde valeur prédéterminée,

supérieure à la première.

En particulier, on propose un procédé d'injection de

carburant liquide dans un moteur à allumage par étincelle do-

té d'une chambre de combustion, ledit procédé comprenant l'entraînement d'une quantité dosée de carburant dans une charge d'air à l'extérieur de la chambre de combustion, la variation de la quantité dosée de carburant en réponse à la demande de charge du moteur, le contrôle de la charge d'air, de manière que la densité de la charge carburant-air combinée augmente lorsque la quantité dosée de carburant augmente et le refoulement de la charge carburant-air dans la chambre de combustion par une lumière s'ouvrant sélectivement, ladite

lumière comportant une paroi périphérique intérieure diver-

gente le long de laquelle la charge carburant-air s'écoule pendant le refoulement vers la chambre de combustion et une

paroi terminale annulaire divergente s'étendant de l'extrémi-

té la plus grande de ladite paroi périphérique avec un angle de

divergence agrandi, et la sélection des conditions d'écoule-

ment par ladite lumière, de manière qu'à des densités de la charge carburant-gaz inférieures à une valeur prédéterminée, le flux de la charge carburant-air dévie à la jonction des

parois périphérique et terminale, vers la paroi terminale.

Avantageusement la charge d'air est maintenue à une masse essentiellementfixe pour chaque alimentation en carburant, de manière que des variations de la quantité dosée de carburant entraînée dans cette charge d'air entraine une variation correspondante de la densité de la charge carburant-air. La densité de la charge carburant-air prédéterminée est sélectionnée de façon

qu'à faible charge du moteur, le flux de la charge carburant-

air soit dévié vers la paroi terminale. Cette déviation du flux de la charge carburant-air augmente la largeur du jet de carburant pulvériseé pénétrant dans la chambre de combustion, ce qui produit ainsi un jet à faible pénétration. Sous une forte c charge du moteur,la quantité augmentée de carburant et la densité augmentée en correspondance de la charge carburant-air a pour effet d'augmenter la quantité de mouvement de la charge carburant-air lorsqu'elle s'écoule sur la paroi périphérique

interne de la lumière. En conséquence, quand la charge par-

vient à la jonction de la paroi périphérique interne de la paroi terminale,la quantité de mouvement plus élevée fait qu'elle conti- nue à s'écouler, d'une façon générale en direction du prolongement de la paroi périphérique au lieu de dévier pour suivre la paroi terminale. L'absence de déviation de la charge carburant-air, pour suivre la paroi terminale a pour résultat de former un

jet de carburant plus étroit et, par suite, un jet plus péné-

trant. La densité accrue et la quantité de mouvement résultan-

te favorisent également la création d'un jet plus p(nétrant.

La déviation de la charge carburant-air à faible den-

sité, pour suivre la paroi terminale, provient d'un effet de raccordement des parois, ce qui fait que, dans des conditions appropriées, la direction d'écoulement d'un fluide le long d'une surface, variera pour suivre un changement de direction

de la surface plutôt que de se séparer de celle-ci.

Grâce à une sélection appropriée de la variation de

l'angle de divergence entre les parois périphérique et termi-

nale de la lumière et, en raison des conditions d'écoulement de la charge carburant-air par la lumière, il est possible de

choisir le débit d'alimentation auquel la charge carburant-

air cesse d'être déviée, pour suivre la direction de la paroi terminale. A cet égard il faut entendre qu'il y a une zone de transition entre l'influence de l'effet de collage des parois et la dominance des effets de la quantité de mouvement. C'est-à-dire que sur une gaxne de densités relativement étroite de la charge carburant-air, une certaine partie de la charge est déviée pour suivre la paroi terminale et l'autre partie continue dans la

direction de la paroi périphérique.

Le procédé d'injection d'un carburant liquide dans un

moteur, comme décrit ci-dessus, assure la possibilité d'ef-

fectuer automatiquement une variation du modèle du jet de

carburant entre des débits d'alimentation haut et bas de fa-

çon prédéterminée. Sous une faible charge d'alimentation, on obtient un jet de modèle élargi, à faible pénétration, qui se convertit automatiquement en un jet de modèlerétréci à haute

pénétration quand la charge d'alimentation est élevée.

La réalisation d'un jet à faible pénétration est par-

ticul èrement importante à faible régime d'alimentation, c'est-à-dire sous faible charge du moteur, pour contrôler les

hydrocarbures (HC) des gaz d'échappement du moteur. Sous fai-

ble charge, la quantité de carburant injecté par cycle est petite et lorsqu'elle est largement dispersée dans la charge de gaz du moteur, l'inflammabilité et la stabilité de la flamme sont défectueuses. Pour éviter ou réduire ces effets

désavantageux, il est nécessaire de limiter en général la dis-

tribution de carburant dans la charge de gaz du moteur et, en particulier, d'établir un mélange riche au voisinage immédiat

du point d'allumage (la bougie). Ainsi, la charge peut s'en-

flammer facilement en raison d'un mélange riche au niveau de

la bougie, et la quantité relativement faible de carbu-

rant n'est pas finement dispersée dans toute la charge de gaz du moteur de même que le carburant n'est pas distribué vers les zones de refroidissement de la chambre de combustion, l'un ou l'autre de ces phénomènes contribuant à une faible

pénétration de la flamme et à la présence de carburant résul-

tant non brûlé signalée par la présence d'hydrocarbures dans l'échappement. A haut régime d'alimentation, il est souhaitable de distribuer le carburant d'une façon plus pousséee dans la charge de gaz du moteur, afin que le carburant soit exposé à une quantité suffisante d'oxydant (l'air) pour réaliser la

combustion complète de la totalité du carburant. En consé-

quence, une profonde pénétration du carburant dans la charge de gaz du moteur est exigée et par suite, un jet étroit de la charge de carburantgaz est préféré pour réduire la quantité

de carburant imbrûlé éventuelle et les hydrocarbures résul-

tants dans l'échappement.

I1 convient que chaque quantité dosée de carburant soit entraînée dans une masse d'air individuelle, la masse

d'air à chaque cycle du moteur restant essentiellement uni-

forme, quelle que soit la demande de carburant du moteur. En conséquence, la densité de la charge carburant-air variera

directement avec la demande de carburant du moteur. De préfé-

rence, la masse individuelle d'air est délivrée sous une pression réglée, fixe, et la période o une communication existe pour envoyer le carburant entraîné dans l'air vers la chambre de combustion est constante à chaque cycle du moteur, ce qui fait que l'on dispose d'une masse d'air fixe à chaque

cycle pour refouler le carburant.

La condition dans laquelle la charge carburant-air su-

bit les effets du collage aux parois lors du refoulement

par 1 'injecteur devrait normalement fait intervenir un certain nom-

bre de facteurs en plus de la densité de la charge carburant-

air et de l'angle entre les surfaces périphérique et termi-

nale. Ces conditions supplémentaires comprennent la vitesse de la charge dans l'injecteur, l'importance de l'ouverture de l'élément en forme de soupape susceptible de fonctionner pour

établir le flux par l'injecteur, la dimension des gouttelet-

tes de carburant dans la charge carburant-air et la relation géométrique des autres surfaces dans le trajet d'écoulement de la charge carburantair. Toutefois, ces conditions ne sont pas modifiées de façon adéquate pendant la marche du moteur et ce sont par suite des conditions fixes pour tout système

d'injection de carburant particulier.

Comme indiqué précédemment, la densité de la charge

carburant-air variera automatiquement avec le régime d'ali-

mentation et, par suite, par sélection de l'angle formé entre les surfaces périphérique et terminale, il est possible de réaliser le changement de direction du flux de charge au

régime d'alimentation désiré.

L'invention sera plus facilement comprise à partir de

la description suivante d'une forme de réalisation pratique

du dispositif d'alimentaticn. carburant pour un moteur et de diverses constructions des injecteurs commandés par soupape grâce auxquels un mélange carburant-air est envoyé dans la

chambre de combustion d'un moteur.

Sur les dessins, Fig.1 est une vue en coupe d'un moteur deux temps dans lequel le procédé et le dispositif d'inDection de carburant

présentement proposés sont appliqués.

Fig.2 est une vue en élevation, partiellement en cou- pe, d'un dispositif d'injection et de dosage de carburant dans lequel la présente invention est appliquée, Fig.3 est une vue en coupe agrandie de la zone de la soupape du dispositif d'injection et de dosage représenté sur

la Fig.2, mais illustrant une configuration de soupape légè-

rement différente, Fig.4 est une vue similaire à celle de la Fig.3 d'une

variante de configuration de la lumière du dispositif d'in-

jection et de dosage.

Si l'on se réfère maintenant à la Fig.l, le moteur 9

est un moteur deux temps, monocylindre, de construction géné-

rale classique, comprenant un cylindre 10, un carter-moteur 11 et un piston 12, effectuant un mouvement alternatif dans le cylindre 10. Le piston 12 est accouplé au vilebrequin 14 par l'intermédiaire de la bielle 13. Le carter-moteur est muni de lumières d'admission d'air 15, dotées de soupapes à lames vibrantes classiques 19 et trois passages de transfert 16 (dont l'un d'entre eux seulement est représenté), font communiquer le carter-moteur avec les lumières de transfert correspondantes, dont deux d'entre elles sont représentées en 17 et 18, la troisième étant équivalente à la lumière 17, sur

le côté opposé de la lumière 18.

Chaque lumière de transfert est ménagée perpendiculai-

rement dans la paroi du cylindre 10 et les bords supérieurs

respectifs sont situés dans le même plan diamétral du cylin-

dre. Une lumière d'échappement 20 est ménagée dans la paroi

du cylindre, généralement à l'opposé de la lumière de trans-

fert centrale 18. Le bord supérieur de la lumière d'échappe-

ment est légèrement au dessus du plan diamètral des bords su-

périeurs des lumières de transfert.

La culasse amovible 21 comprend une cavité de combus-

tion 22 dans laquelle la bougie 23 et l'injecteur de carbu-

rant font saillie. La cavité 22 est disposée essentiellement symétriquement par rapport au plan axial du cylindre passant par le centre de la lumière de transfert 18 et de la lumière d'échappement 20. La cavité 22 s'étend transversalement au cylindre, de la paroi de cylindre située immédiatement au dessus de la lumière de transfert 18, jusqu'à une certaine

distance au delà de l'axe du cylindre.

La forme de la section de la cavité 22, dans le plan axial du cylindre mentionné plus haut, est essentiellement arquée au point le plus profond, ou base, 28, l'axe de l'arc étant relativement plus rapproché de l'axe du cylindre que de

la paroi du cylindre au dessus de la lumière de transfert 18.

L'extrémité de la base arquée 28 la plus rapprochée de la pa-

roi du cylindre, au dessus de la lumière de transfert 18, se raccorde à une face généralement plane 25 prolongée jusqu'à la face inférieure 29 de la culasse 21, adjacente à la paroi

du cylindre. La face 25 est inclinée vers le haut, de la pa-

roi du cylindre jusqu'à la base arquée 28 de la cavité.

L'extrémité intérieure ou opposée de la base arquée 28

se raccorde à une face fortement inclinée, relativement cour-

te 26 qui s'étend jusqu'à la face inférieure 29 de la culas-

se. La face 26 se raccorde à la face inférieure 29 en formant un angle relativement raide. Les parois latérales opposéesde la cavité (l'une d'entre elles est représentée en 27) sont généralement planes et parallèles au plan axial du cylindre mentionné plus haut et se raccordent également avec la face inférieure 29

pour former un angle fortement incliné.

L'injecteur 24 est situé au voisinage du point le plus profond de la cavité 22, alors que la bougie 23 fait saillie dans la cavité 22, à

l'extrémité de la cavité la plus éloignée de la lu-

mière de transfert 18. En conséquence, la charge d'air pénétrant dans le cylindre circule dans la cavité au-delà de l'injecteur 24, vers la bougie, et transfère ainsi le

carburant de l'injecteur vers la bougie.

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D'autres détails de la forme de la cavité 22 et du

processus de combustion qui en découlesont divulgués dans no-

tre demande de brevet Anglais No.8612601, déposée le 23 mai 1986, et la demande de brevet américain correspondante déposée le 26 Mai 1986, intitulée "Perfectionnements relatifs aux moteurs à

combustion interne à deux temps", inventeurs Schlunke et Da-

vis, documents incorporés aux présentes par référence.

L'injecteur 24 est une partie intégrante du système

d'injection et de dosage de carburant dans lequel le carbu-

rant entraiîné dans l'air est envoyé dans la chambre de com-

bustion du moteur par la pression d'une alimentation en air.

Une forme particulière de l'unité d'injection et de dosage de

carburant est illustrée sur la Figure 2 des dessins.

L'unité d'injection et de dosage de carburant comprend un dispositif de dosage de carburant adéquat 30, tel qu'un

injecteur à corps à étranglement du type pour automobile disponi-

ble dans le commerce, couplé à un corps d'injecteur 31 muni à l'intérieur d'une chambre de maintien 32. Le carburant est aspiré du réservoir de carburant 35 et refoulé par la pompe

à carburant 36, par l'intermédiaire d'un régulateur de pres-

sion 37, au travers de la lumière d'admission de carburant 33

du dispositif de dosage 30. Le dispositif de dosage fonction-

nant de façon connue en soi, dose une quantité de carburant dans la chambre de maintien 32 en fonction de la demande de

carburant du moteur. L'excédent de carburant envoyé au dispo-

sitif de dosage est renvoyé au réservoir de carburant 35 par l'intermédiaire de la lumière de retour de carburant 34. La

construction particulière du dispositif de dosage de carbu-

rant 30 n'est pas essentielle pour la présente invention et

il est possible d'utiliser un dispositif approprié quelcon-

que.

En fonctionnement, la chambre de maintien 32 est pres-

surisée par de l'air fourni par une source d'alimentation en air 38, par l'intermédiaire du régulateur de pression 39, au travers de la lumière d'admission d'air 45 du corps 31. La soupape d'injection 43 est-actionnée pour permettre la décharge il de]'air sous pression avec la quantité dosée de carburant, par la lumière d'injecteur 42, dans une chambre de combustion du moteur. La soupape d'injetion 43 est une soupape du type er cnampigr1n s'ouvrant vers l'intérieur, en direction de la ch.ambre de combustion, c'est-à-dire vers l'extérieur de la

chambre de maintien.

La soupape d'injection 43 est accouplée, par la queue

de soupape 44 traversant la chambre de maintien 32, à l'ar-

mature 41 du solénoïde 47 logé dans le corps d'injecteur 31. La soupape 43 est rappelée en position fermée par les ressorts à disque 40 et ouverte par l'excitation du solénoïde 47. L'excitation du solénoïde 47 est commandée la synchronisation avec le cycle du moteur afin d'envoyer le carburant de la chambre de maintien 32, par l'intermédiaire de la soupape 43, en direction de la chambre de combustion du moteur.

D'autres détails du fonctionnement du système d'injec-

tion de carburant comportant une chambre de maintien sont dé-

crits dans la demande australienne No. 32132/84 et la demande américaine correspondante No. 740067, déposée le 2 avril 1985. Des formes d'injecteurs en variante, appropriés à la présente invention sont décrites dans notre demande de brevet international No. PCT/AU85/00176 (WO 86/00960). Les textes de ces trois demandes sont chacun incorporés aux présentes, par

voie de référence.

Comme on peut le voir d'une façon plus détaillée sur les Figs.3 et 4, la queue de soupape44 comporte une partie en

forme de collet 48 munie de trois lobes 49, uniformément es-

pacés, dont les surfaces périphériques 41 servent de surfaces d'appui contre la partie correspondante de la surface interne

de la chambre 32, dans le corps d'injecteur 31. Cette cons-

truction sert de support et de guidage pour la queue 44, du-

rant lesmouvementsd'ouverture et de fermeture de la soupape et les passages de la charge carburant-air entre les lobes 49

49 lorsque la soupape est ouverte.

Si l'on se réfère à la Fig.3, la tête de soupape 43 comprend une partie conique formant joint 50 qui diverge de la queue 44 et la partie de guidage conique 51 qui s'étend de l'extrémité extérieure de la partie formant joint 50 jusqu'au bord d'extrémité cylindrique 52. La partie formant joint 50 forme avantageusement un angle inclus de 60 et la partie de guidage 51 forme avantageusement un angle inclus de 30 . La lumière 42 de l'extrémité du corps 31 a une partie conique formant joint 53 qui complète la partie formant joint 50 de la soupape et coopère avec celle-ci pour fermer la lumière 42. La partie conique d'extrémité 54 s'étend de l'extrémité

extérieure de la partie formant joint 53 au bord 56 du corps.

La partie conique d'extrémité 54 forme avantageusement un

angle inclus de 96 .

On notera que lorsque la lumière 42 est ouverte, comme représenté sur la Fig.3, une gorge annulaire 45 est définie entre les parties coniques 51 et 54. Quand l'inclinaison de ces surfaces respectives est comme indiqué plus haut, l'angle formé entre les parois opposées de la gorge est de 18 . Dans l'exemple illustré, le diamètre du bord cylindrique 52 de la soupape 43 est de 4,7 mm, le diamètre maximal de la partie conique d'extrémité 54 de 12 mm et la levée de la soupape 43

est de 0,35 mm.

Dans cette configuration de la lumière 42 et de la soupape 43, la charge carburant-air sortira entre la partie parallèle formant joint 50 de la soupape 43 et la partie

formant joint 53 de la lumière 42, sous forme d'un rideau an-

nulaire de gouttelettes de carburant entraînées par l'air. Si la teneur en carburant de la charge carburant-air est telle

que la densité de la charge soit au dessous d'une valeur sé-

lectionnée, dont on parlera plus loin, le rideau de la charge carburantair déviera en raison de l'effet de collage des parois, de la direction des surfaces des parties formant joint 50 et 53, à l'extrémité extérieure de celles-ci,pour

s'écouler le long de la surface de la partie conique d'extré-

mité 54 de la lumière 42. La charge carburant-air restera dans sa forme en rideau annulaire, mais son angle inclus sera plus grand, ce qui aura pour effet d'étaler le carburant vers

l'extérieur dans la chambre de combustion, avec une pénétra-

tion axiale réduite.

A mesure que la richesse en carburant de la charge S carburant-air augmente, avec l'augmentation de la charge du

moteur, la densité s'élève et, lorsqu'elle dépasse ladite va-

leur de consigne, l'effet de collage des parois est surmonté par la quan-

tité de mouvement des gouttelettes de carburant et le ri-

deau annulaire de carburant poursuit généralement dans la direction dans laquelle il arrivait, entre les surfaces des parties formant joint 50 et 53. La charge carburant-air reste en conséquence en forme de rideau annulaire plus étroit, avec

une composante de vitesse plus grande dans la direction axia-

le de l'injecteur,et pénètre par suite plus profondément dans

la charge d'air du moteur.

Il doit être entendu que lorsque la densité de la

charge carburant-air augmente, il ne se produit pas de ruptu-

re instantannée de l'effet de collage des parois, mais le rideau annulaire de la charge carburant-air passe d'une forme élargie à une forme étroite sur une plage de densités de

charge. Mais, toutefois, cette plage est étroite en comparai-

son de la gamme totale de densités rencontrées sur la gamme

totale de charge du moteur.

Dans une application pratique type de l'unité d'injec-

teur décrite plus haut, l'alimentation contrôlée en air en direction de lachambre 32 est à 550 kPa et la soupape 43 est ouverte pendant une période de 4 millisecondes à chaque cycle

d'injection de carburant.

Dans ces conditions, la masse nominale d'air effec-

tuant chaque injection de carburant dans le moteur est d'environ

8 mg et, si la demande de carburant à laquelle le rideau pas-

se de la forme étroite à la forme élargie est de 5 mg de car-

burant par cycle d'injection, la densité de la charge carbu-

* rant-air lors de ce changement est d'environ 0,625.

Il est souhaitable que le degré de pénétration du car-

burant soit bas à faible régime de charge du moteur et haut à haut régime, mais toutefois la charge à laquelle il est le plus avantageux d'effectuer le changement de pénétration dépend d'un certain nombre de facteurs. En conséquence, le choix de la densité de la charge carburant- air à laquelle le changement de forme du carburant doit se produire dépend en

grande partie du choix individuel. L'un des principaux fac-

teurs est le niveau des émissions de l'échappement sous fai-

ble charge par rapport à la puissance développée à charge su-

périeure. Un jet à faible pénétration est souhaitable pour limiter les émissions de l'échappement sous faible charge, mais si le niveau de pénétration est maintenu sous une charge plus élevée, la puissance développée et les performances de consommation de carburant peuvent en souffrir. Néanmoins,

dans certaines applications des moteurs, il peut être accep-

table de sacrifier la puissance pour réduire les émissions de l'échappement et de commuter ainsi le jet de carburant à un

niveau de la gamme de charge supérieur à celui que l'on choi-

sirait sinon normalement.

En conséquence, le choix de la densité du carburant à laquelle cette commutation du jet doit se faire est laissé au

gré du concepteur et, après que le choix a été fait, le des-

sin des surfaces correspondantes de l'injecteur peut être déterminé par les principes connus de l'effet de collage des parois sur les fluides. Il a été trouvé qu'un certain développement expérimental du dessin de l'injecteur était nécessaire pour: optimiser les performances, en raison de la

difficulté qu'il y avait à déterminer les conditions de fonc-

tionnement précises dans la chambre de combustion du moteur

et de l'injecteur dans les conditions de marche.

Une variante de configuration de la soupape et de la lumière de l'unité d'injection et de dosage est représentée en position fermée sur la Figure 4. Dans cette construction, la soupape 143 a une partie conique formant joint 150 et une partie marginale cylindrique 152. La lumière 142 a une partie formant joint 153, destinée à coopérer avec la partie formant joint de la soupape 150, et une partie d'extrémité diamétrale 154. La construction générale de la queue de soupape 44 et

des lobes de guidage 39 est identique à celle décrite précé-

demment en se référant à la Figure 3.

-Les parties formant joint.,.150 et 153, ont chacune un angle inclus de 120 , symétrique à l'axe de la soupape et la partie d'extrémité 154 est normale à l'axe de la soupape, c'est-à-dire que son angle inclus est de 180 . La soupape 143

dépasse au delà du plan de la partie d'extrémité 154 et l'an-

gle entre la partie en saillie de la partie formant joint 150

et la partie d'extrémité 154 est de 30 .

Le rideau de la charge carburant-air sort normalement de la lumière 142 dans le prolongement des parties formant joint, 150 et 153, et a ainsi une forme conique dont l'angle inclus est de

. Toutefois, lorsque la densité de la charge carburant-

air est au dessous d'une certaine valeur, l'effet de

collage de la paroi provoque une déviation du rideau qui s'écou-

le le long de la partie d'extrémité 154, de telle sorte que

l'angle inclus du rideau est de 180 .

La surface inclinée 155 détermine l'importance du dé-

bit de la charge carburant-air le long de la partie d'extré-

mité 154, dans une direction radiale à l'axe de la soupape et de la lumière. L'inclinaison de la surface 155 par rapport à la surface d'extrémité est telle que l'effet de collage de

la paroi ne provoque pas de déviation de la charge en quit-

tant la face d'extrémité pour suivre la surface inclinée.

Dans les deux formes de réalisation représentées sur les figures 3 et 4, l'angle formé entre la partie formant joint de la lumière ou de la soupape et la partie d'extrémité de la lumière peut varier entre 15 et 40 selon le débit d'alimentation auquel une commutation'du rideau de la charge carburant-air est requis. De même, la soupape peut faire saillie au delà de la partie d'extrémité de la lumière, comme représenté sur la figure 4, ou bien être en creux, comme sur la figure 3. On peut utiliser une soupape en creux avec une partie d'extrémité diamétrale de la lumière, c'est-à-dire que la soupape 143 de la figure 4 peut être évidée au dessous

du plan de la partie d'extrémité 154.

Dans le présent mémoire, on se réfère expressément à

l'emploi de la présente invention en combinaison avec un mo-

teur fonctionnant suivant un cycle à deux temps et à allumage par étincelle; toutefois il doit être entendu que le procédé et le dispositifd'injection de carburant liquide décrit ci- dessus sont tout aussi bien applicables aux moteurs fonctionnant suivant un cycle à quatre temps. Le procédé et le dispositif sont applicables aux moteurs à combustion interne destinés à

tous usages, mais sont particulièrement utiles pour contri-

buer aux économies de carburant et au contrôle des émissions de gaz d'échappement des moteurs pour ou sur les véhicules, comprenant les automobiles, les motocycles et les bateaux, y

compris les moteurs marins hors-bord.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'injection de carburant liquide dans un moteur (9) à combustion interne à allumage par étincelle (23) muni d'une chambre de combustion (22), caractérisé en ce qu'il comprend l'entraînement d'une quantité dosée de car-

burant liquide dans une charge de gaz, la varia-

tion de la quantité dosée de charburant en réponse à la demande de charge du moteur et l'envoi de la charge carburant-gaz dans la chambre de combustion (22) par une lumière (42) pouvant être ouverte sélectivement,

la configuration de cette lumière et les condition d'écoule-

ment dans celle-ci étant choisies de manière que lorsque les quantités dosées de carburant sont au-dessous d'une première valeur prédéterminée, le jet de carburant pulvérisé entrant dans la chambre de combustion (22) a un degré de pénétration

dans la chambre de combustion inférieur à celui du jet de car-

burant entrant quand la quantité dosée de carburant est au-

dessus d'une seconde valeur prédéterminée, supérieure à la première.

2. Procédé d'injection de carburant liquide dans un moteur (9) à combustion interne à allumage par étincelle (23) muni d'une chambre de combustion (22), caractérisé en

ce qu'il comprend l'entraînement d'une quantité dosée de car-

burant liquide dans une charge de gaz, la variation de la quantité dosée de carburant en réponse à la demande de charge du moteur, l'application à la

charge carburant-gaz d'une pression essentiel-

lement indépendante de la quantité dosée de carburant, l'ou-

verture sélective d'une lumière (42) pour refouler la charge carburantgaz vers la chambre de combustion (22) par ladite lumière, en réponse à cette pression, sous forme d'un jet de carburant pulvérisé, la configuration de cette lumière (42)

étant telle que le flux de charge carburant-gaz par la lumiè-

re répond à la quantité dosée de carburant de la charge car-

burant-gaz, pour établir à des quantités dosées de carburant

au-dessous d'une première valeur prédéterminée, un jet de car-

burant ayant degré de pénétration dans la chambre de combustion

(22) inférieur à celui du jet de carburant émis quand la quan-

tité dosée de carburant est au-dessus d'une seconde valeur prédéterminée, supérieure à cette première valeur.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté-

risé en ce que des quantités dosées de carburant au-dessus de

la seconde valeur prédéterminée, ledit jet de carburant con-

serve essentiellement une trajectoire correspondant à celle

qui lui a été impartie lors du passage au travers de la lumiè-

re (42) et, à des quantités dosées inférieure à cette premiè-

re valeur prédéterminée, il est dévié vers l'extérieur par

rapport à ladite trajectoire, lors de sa sortie par la lumiè-

re (42).

15.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce que la charge de gaz est une masse essentiellement fixe à chaque injection de carburant

dans la chambre de combustion (22), ce qui fait que la densi-

té de la charge carburant-gaz sortant de la lumière (42) va-

rie en réponse à la variation de la quantité dosée de carbu-

rant.

5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté-

risé en ce que le jet de carburant est émis sous une forme gé-

néralement conique dont l'angle inclus est plus grande lors-

que la quantité de carburant est inférieure à cette première valeur prédéterminée que lorsque la quantité de carburant

est supérieure à cette seconde valeur prédéterminée.

6. Procédé selon la revendication lou 2, caractéri-

sé en ce que la lumière (42) en position ouverte, définit un

passage annulaire divergent au travers duquel la charge car-

burant-gaz est émise dans la chambre de combustion (22) et

une surface annulaire co-axiale (54) est prolongée vers l'ex-

térieur à partir de l'extrémité du passage, à une plus grande divergence que ledit passage, les conditions d'écoulement de

la charge carburant-gaz par ladite lumière (42) étant sélec-

tionnées de manière qu'aux quantités dosées de carburant au-

dessous de la première valeur prédéterminée, le jet de car-

burant soit dévié vers l'extérieur à la sortie du passage an-

nulaire, pour s'écouler le long de ladite surface annulaire.

7. Procédé d'injection de carburant liquide dans un moteur (9) à combustion interne à allumage par étincelle (23) muni d'une chambre de combustion (22) caractérisé en ce

qu'il comprend l'entraînement d'une quantité dosée de carbu-

rant dans une charge d'air, extérieurement à la chambre de

combustion (22), la variation de la quantité dosée de carbu-

rant en réponse à la demande de charge du moteur (9), le contrôle de la charge d'air de façon que la densité de la charge carburant-air combinée augmente lorsque la quantité dosée de carburant augmente et le refoulement de la charge

carburant-air vers la chambre de combustion (22) par une lu-

mière (42) susceptible d'être ouverte sélectivement, ladite

lumière (42) comprenant une paroi périphérique interne diver-

gente (50) le long de laquelle la charge carburant-air

s'écoule pendant le refoulement vers la chambre de combus-

tion (22) et une paroi d'extrémité annulaire divergente (51)

s'étendant de l'extrémité la plus grande de la paroi périphé-

rique (50), à un angle de divergence supérieur, et la sélec-

tion des conditions d'écoulement dans cette lumière (42) de manière qu'à des densités de charge carburant-air au-dessous d'une valeur prédéterminée, le flux de charge carburant-air

dévie à la jonction des parois périphérique (50) et d'extré-

mité (51), vers la paroi d'extrémité (51).

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la charge d'air est une masse essentiellement fixe pour chaque quantité de carburant refoulée vers la chambre

de combustion (22), grace à quoi la densité de la charge car-

burant-air traversant la lumière (42) varie en réponse à la

variation de la quantité dosée de carburant.

9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé

en ce que la charge d'air est maintenue sous une pression con-

trôlée et la lumière (42) est ouverte pendant une période fixe au cours de chaque cycle de refoulement de carburant

vers la chambre de combustion (22).

10. Procédé d'injection d'un carburant liquide directement dans la chambre de combustion (22) d'un moteur à combustion interne (9), dans lequel de l'air est admis dans la chambre de combustion (22) afin de permettre la combustion du carburant, et dans lequel le carburant est

injecté avec une charge de gaz additionnelle, ledit pro-

cédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à entraîner une quantité dosée de carburant dans ladite charge de gaz afin de produire une charge gaz-carburant, à faire varier la quantité dosée de carburant en réponse à la demande en charge du moteur (9), et à alimenter de manière sélective la chambre de combustion (22) avec la charge gaz-carburant au travers d'une lumière (42), ladite lumière (42) étant

conformée et les conditions d'écoulement par ladite lumiè-

re (42) étant choisies de sorte que, pour des quantités

dosées de carburant inférieures à une première valeur pré-

déterminée, le jet de carburant pulvérisé pénétrant dans

la chambre de combustion (22) est projeté sur un angle im-

portant, à partir de la lumière (42), et présente un degré de pénétration dans la chambre de combustion (22) qui est inférieur à celui du jet de carburant pulvérisé projeté lorsque la quantité dosée de carburant est supérieure à

une seconde valeur prédéterminée, supérieure à ladite pre-

mière valeur prédéterminée, la comparaison entre ces deux

valeurs prédéterminées étant faite lorsqu'on utilise sen-

siblement la même masse de ladite charge de gaz addi-

tionnelle.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations i à 10, caractérisé en ce que la lumière (42) est située de sorte que le jet de carburant pulvérisé qui en

sort,lorsque la quantité de carburant est inférieure à la-

dite première valeur prédéterminée, forme un nuage de car-

burant dans la zone du commencement de l'inflammation dans

la chambre de combustion (22).

12. Dispositif d'injection de carburant liquide dans une chambre de combustion (22) de moteur à combustion interne (9) à allumage par étincelle (23), caractérisé en

ce qu'il comprend un moyen (31) pour- établir un mélange de car-

burant liquide et de gaz sous forme d'une charge carburant-

gaz destinée à être envoyée dans la chambre de combustion (22), un moyen de dosage (30) pour varier la quantité de carburant dans ladite charge en fonction de la demande de charge du moteur (9) et un moyen (43) pour refouler ladite charge carburant-gaz par une lumière (42) susceptible d'être ouverte sélectivement vers la chambre de combustion (22), sous forme d'un jet de carburant pulvérisé, cette lumière (42)

étant formée, et le moyen de refoulement (43) étant suscepti-

ble de fonctionner pour répondre à la quantité de carburant de la charge carburant-gaz de manière qu'aux quantités dosées de carburant inférieures à une première valeur prédéterminée, le jet de carburant émis de la lumière (42) dans la chambre de combustion (22), a un degré de pénétration dans celle-ci inférieur à celui du jet de carburant émis quand la quantité

dosée de carburant est supérieure à une seconde valeur prédé-

terminée, supérieure à la première.

13. Dispositif selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que le moyen (31) d'établissement de la charge car-

burant-gaz comprend une chambre (32) dans laquelle le moyen

de dosage (30) délivre la quantité dosée de carburant et la-

dite lumière (42) susceptible d'être ouverte sélectivement est disposée de manière à faire communiquer cette chambre

(32) avec la chambre de combustion (22) en position ouverte.

14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le moyen (31) pour délivrer la charge

carburant-gaz comprend un moyen (32) pour soumettre la char-

ge carburant gaz à une pression propulsive, quand la-

dite lumière (42) est ouverte, cette pression étant essentiellement indépendante de la quantité

dosée de carburant.

15. Dispositif selon la revendication 14, carac-

térisé en ce qu'il comprend un moyen (40,41,47) pour ouvrir ladite lumière (42) pendant une période essentiellement uni- forme pour chaque refoulement vers la chambre de combustièi (22).

16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, ca-

ractérisé en ce que ladite lumière (42), en position ouverte, définit un passage annulaire divergent dans le sens de

l'écoulement de la charge au travers elle et une surface an-

nulaire coaxiale (50) est prolongée (51) vers l'extérieur à partir dudit passage, à l'extrémité aval de celui-ci, à un angle divergent supérieur à celui du passage, de sorte qu'aux quantités dosées de carburant inférieure à la première valeur prédéterminée, le jet de carburant émis du passage déviera

vers l'extérieur pour s'écouler le long de la surface annu-

laire (50).

17. Dispositif selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que l'angle inclus de la surface annulaire diver-

gente (50) est supérieur de 15 à 40 à l'angle inclus du pas-

sage annulaire divergent (51).

18. Dispositif selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que la surface annulaire (50) est essentiellement

diamétrale à l'axe du passage annulaire.

19. Moteur à combustion interne caractérisé en ce

qu'il comprend une chambre de combustion (22) et un moyen d'al-

lumage par étincelle (23) pour enflammer un mélange carbu-

rant-air dans la chambre de combustion, et un dispositif se-

ion l'une quelconque des revendications 12 à 18 muni d'une

lumière (42) disposée de façon que le jet de carburant émis quand la quantité dosée est inférieure à la première valeur prédéterminée établit un nuage de carburant dans la chambre

de combustion (22), à proximité du moyen d'allumage par étin-

celle (23).

20. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection de carburant -pouvant

être actionné conformément au procédé défini dans l'une quel-

conque des revendications 1 à 11.

21. Moteur à combustion interne selon la revendica- tion 19 ou 20, caractérisé en ce qu'il fonctionne suivant un

cycle à deux temps.

22. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'injection de carburant comme

défini dans l'une quelconque des revendications 12 à 18.

23. Véhicule automanobile, caractérisé en ce qu'il comprend un

moteur à combustion interne selon l'une quelconque des re-

vendications 19 à 22.

24. Moteur à combustion interne selon-l'une quel-

conque des revendications 19 à 22, caractérisé en ce qu'il

est constitué par un moteur marin hors-bord.