FR2609504A1

FR2609504A1 - Dispositif d'injection de combustible a basse pression, notamment pour moteur a deux temps

Info

Publication number: FR2609504A1
Application number: FR8800154A
Authority: FR
Inventors: Marco Nuti
Original assignee: Piaggio and C SpA
Current assignee: Piaggio and C SpA
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1988-01-08
Publication date: 1988-07-15
Also published as: DE3744609A1; GB8800359D0; IT1215330B; IN168162B; IT8719033A0; GB2199617A

Abstract

CE DISPOSITIF EST DESTINE A UN MOTEUR COMPRENANT AU MOINS UN CYLINDRE 3 ET UN PISTON ASSOCIE. SUIVANT L'INVENTION, LE DISPOSITIF EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND, POUR CHAQUE CYLINDRE 3, AU MOINS DEUX INJECTEURS 25 RIGIDEMENT RELIES AU CYLINDRE ET COMMUNIQUANT AVEC L'INTERIEUR DE CE CYLINDRE, CHACUN DE CES INJECTEURS 25 ETANT EN OUTRE RELIE A UN CIRCUIT 26 A 32 D'ALIMENTATION EN COMBUSTIBLE ET A UNE UNITE DE COMMANDE 37 QUI COMMANDE L'EMISSION DU COMBUSTIBLE PAR L'INJECTEUR 25 DANS LE CYLINDRE 3 EN FONCTION DE PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR 1.

Description

i La présente invention concerne un dispositif pour l'injection de

combustible à basse pression dans un moteur à deux temps.

On connaÂt les avantages qui proviennent de l'utilisation de

l'injection directe de combustible dans le cylindre des moteurs à allu-

mage commandé, plus particulièrement lorsqu'il s'agit de moteurs à deux temps. On connaît par ailleurs les difficultés de régulation du débit qui sont liées à l'utilisation des pompes à haute pression nécessaires pour alimenter les injecteurs faisant directement face à la chambre de combustion, difficultés qui sont dues au manque de concordance entre la loi de variation caractéristique des pompes et l'alimentation qui est nécessaire par tour du moteur lorsque le régime de rotation varie, cette alimentation comportant l'utilisation de dispositifs supplémentaires de

régulation ou, en tout état de cause, de pompes ad hoc conçues pour cha-

que type de moteur.

Les systèmes d'injection à basse pression ont eu et ont, comme connu, une large diffusion dans les applications relatives aux moteurs à quatre temps, que ce soit dans les configurations "single-point" (à point unique) ou "multi-point" (à points multiples). A la première de celles-ci s'identifient les systèmes o le combustible se trouve injecté

dans un diffuseur du type Venturi, puis distribué aux différents cylin-

dres. Pour la seconde, on relève par contre les systèmes o le combus-

tible se trouve injecté dans chaque canal individuel d'admission. Indé-

pendamment du nombre différent d'injecteurs nécessaires dans les deux solutions ci-dessus, on rencontre dans les deux des avantages d'ordre

général liés à la possibilité de faire varier le déphasage de l'injec-

tion, ainsi que sa durée relative, en plus bien entendu de l'avantage, par rapport aux systèmes à haute pression, d'une simplification notable

dans le circuit d'alimentation et dans la régulation associée.

En ce qui concerne quoi qu'il en soit les moteurs à deux temps, les avantages provenant des systèmes à injection à basse pression du

type décrit ci-dessus deviennent dérisoires si on les compare aux sys-

tèmes classiques d'alimentation à carburateur. Il subsiste en fait les limitations qui sont liées à la nature du diagramme de distribution des

phases de travail du moteur, diagramme qui ne peut pas se trouver modi-

fié par une injection du type indirect qui est précisément celle qui est

classique à basse pression.

Il existe cependant des études d'applications d'une injection directe de combustible dans le cylindre des moteurs à deux temps qui est alimentée à basse pression. Celle-ci se caractérise par la présence d'un

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injecteur situé au voisinage de la paroi intérieure du cylindre, dans une chambre qui communique principalement avec le carter et communique

en outre, par l'intermédiaire d'un trou de petit diamètre, avec le cy-

lindre lui-même. C'est à travers le trou ci-dessus, qui constitue pra-

tiquement une lumière additionnelle de transfert, que se trouve injecté dans le cylindre le combustible qui sort de l'injecteur situé à très

courte distance de ce trou, ce qui justifie ainsi l'appellation "direc-

te" dont on qualifie ce type d'injection. Les avantages d'un tel système apparaissent évidents si on considère soit la basse pression à laquelle l'injecteur doit travailler, pratiquement la pression existant dans le

carter, soit la valeur modeste de la température régnant à ce point dé-

terminé du cylindre, par rapport à celle présente au niveau de la cu-

lasse, point o travaillent normalement les injecteurs à haute pression.

Il est en tout état de cause associé à de tels avantages des problèmes qui proviennent essentiellement de la nécessité d'assurer la bonne dynamique de la loi de variation du débit de combustible qui est

requis en fonction du nombre de tours et de la charge du moteur. En ef-

fet, il y a lieu de tenir compte du fait que le rapport entre la valeur minimale et la valeur maximale du débit précité vaut entre 1 et 5 et que le temps minimal d'actionnement de l'injecteur ne peut, pour des raisons technologiques, être inférieur à la milliseconde. Il en résulte que,

étant donné la constance de la pression d'alimentation, l'injecteur de-

vrait être actionné pour cinq millisecondes quand c'est le débit maximal qui est requis. Une telle demande se vérifiant vraisemblablement quand

le moteur doit fonctionner à la vitesse maximale, on en arrive à la con-

clusion que l'injection devrait s'étendre sur un arc égal à environ 50 % d'un tour complet du vilebrequin, chose évidemment irréalisable à laquelle il a été porté remède en recourant à des injecteurs à loi d'écoulement non linéaire en fonction de la course de la buse. Dans

ceux-ci, la variation de la section d'écoulement est telle qu'elle ga-

rantit le débit maximal requis dans les temps autorisés par le diagramme

de distribution.

Cette solution implique toutefois des problèmes liés soit au

type de l'écoulement dans la sortie de l'injecteur, soit à la possibi-

lité de réalisation industrielle de ces injecteurs.

En effet, comme il résulte du fait, décrit ci-dessus, que la

forme de l'écoulement du combustible sortant de l'injecteur est néces-

sairement variable en fonction des valeurs des débits désirés, et exactement, la forme est plus compacte et convergente pour de petits débits, tandis qu'elle devient toujours plus divergente lorsque le débit croit. Il en résulte une difficulté pour diriger et acheminer tout l'écoulement de combustible à l'intérieur du cylindre, avec le résultat que, en recourant aussi à des lumières de transfert de section notable, on ne peut éviter qu'une certaine partie du combustible sortant de l'injecteur se disperse dans le carter, et ce qui est le plus grave, que la quantité dispersée n'est pas exactement prévisible, sans tenir compte en

outre du fait que l'augmentation de la section de la lumière de trans-

fert comporte évidemment des pénalisations du point de vue thermique

pour l'injecteur et thermodynamique pour le moteur.

En ce qui concerne par ailleurs les problèmes connexes à la mise

en oeuvre industrielle de la solution, ceux-ci sont facilement prévisi-

bles si on considère combien soignée, et par conséquent contraignante, doit être l'exécution du profil de la section d'écoulement dans le but

d'obtenir la loi de variation du débit mentionnée ci-dessus.

C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un dispositif d'injection de combustible à basse pression dans les moteurs à deux temps, qui remédie aux inconvénients de la solution mentionnée ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'injection de combustible à basse pression dans un moteur à deux temps comprenant

au moins un cylindre et un piston associé, caractérisé en ce qu'il com-

prend, pour chaque cylindre, au moins deux injecteurs rigidement reliés au cylindre et communiquant avec l'intérieur de ce cylindre, chacun de

ces injecteurs étant en outre relié à un circuit d'alimentation en com-

bustible et à une unité de commande qui commande l'émission du combus-

tible par l'injecteur dans le cylindre en fonction de paramètres de

fonctionnement du moteur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-

ront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et

en regard des dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe partielle d'un moteur à deux temps auquel est appliqué un dispositif d'injection conforme à l'invention, la Fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1, la Fig. 3 représente le diagramme de distribution des phases de travail du moteur de la Fig. 1, la Fig. 4 représente la structure complète du dispositif ci-dessus d'injection, la Fig. 5 représente schématiquement une partie électronique de ce dispositif d'injection et la Fig. 6 est un diagramme puissance-nombre de tours-moteur relatif à

deux conditions de fonctionnement de ce dispositif d'injection.

La Fig. 1 représente plus particulièrement un moteur à deux temps monocylindre 1 à aspiration dans le carter et dont les parties essentielles sont constituées par le bloc-cylindre 3, la culasse 4, le

piston 5 relié au vilebrequin 6 et le carter ou base 2. De l'air, indi-

qué par la flèche A, est aspiré dans ce carter au cours de la fraction des tours dans laquelle l'évidement 7 ménagé dans le vilebrequin 6 se trouve, au cours de sa rotation, en regard de la lumière d'admission 8 ménagée dans le carter 2. L'air aspiré se trouve ensuite comprimé et envoyé dans la chambre de combustion 9 par l'intermédiaire du canal de transfert 10 qui est ménagé partiellement dans le carter 2 et dans le bloc-cylindre 3. C'est encore dans ce bloc-cylindre qu'est ménagé le

canal d'échappement 11 à travers lequel se trouvent expulsés les pro-

duits de la combustion provoquée par la bougie d'allumage 12 après que le combustible injecté ait été mélangé avec l'air, puis comprimé dans

cette chambre 9.

Sur la Fig. l, la référence 13 désigne par ailleurs l'un des deux électroinjecteurs à écoulement unidirectionnel qui font partie

d'un dispositif d'injection de combustible dans la chambre 9. Cet élec-

tro-injecteur 13 se trouve immobilisé sur le bloc-cylindre 3 par l'in-

termédiaire d'une plaque d'ancrage 14 qui se fixe sur ce bloc-cylindre 3

à l'aide de moyens à vis et s'appuie sur le support de centrage 15 in-

terposé entre cet électro-injecteur et ce bloc-cylindre. La surface opposée de ce support de centrage est au contact d'un anneau 16 qui vient lui-même en butée sur l'anneau élastique 17, logé dans une gorge spéciale ménagée dans le corps central de cet électro-injecteur. Un

joint 18 est interposé en aval de cet anneau 17, entre l'injecteur lui-

même et le bloc-cylindre 3. Un élément profilé supplémentaire 19 ayant essentiellement la fonction de bouclier thermique est enfin encore

interposé entre l'électro-injecteur 13 et le bloc-cylindre 3.

C'est dans cet élément profilé 19 qu'est pratiqué, dans l'ali-

gnement de l'axe longitudinal de l'injecteur, un trou 20 pour le passage du combustible sortant de cet injection. L'écoulement de combustible traverse ensuite la petite chambre d'injection 21 et débouche dans la chambre de combustion 9 à travers la lumière d'entrée 22 de petite section. Cette chambre d'injection 21 communique, par l'intermédiaire du canal 23, avec le canal de transfert 10, puis avec l'évidement du carter

2. Un second trou 24 est ménagé dans l'élément profilé 19 dans l'ali-

gnement de ce canal 23, afin de permettre le reflux de cette partie du combustible qui éventuellement ne réussit pas à s'écouler à travers le

trou principal 20.

On voit sur la Fig. 2 le second électro-injecteur 25 qui est disposé parallèlement à l'électro-injecteur 13 décrit ci-dessus, d'une manière symétrique par rapport au plan de symétrie longitudinale du

bloc-cylindre 3.

Sur la Fig. 3, les références ",.et désignent respectivement 1O les angles d'échappement, d'admission du combustible et de transfert d'air qui sont géométriquement possibles pour la solution considérée donnée à titre d'exemple (P.M.I. désigne le point mort bas, tandis que P.M.S. désigne le point mort haut du piston 5). En ce qui concerne en particulier l'angle y, celui-ci délimite en fait la fraction maximale de tour au cours de laquelle peut survenir l'injection. L'instant initial

et la durée de celle-ci, à l'intérieur de cette fraction de tour, dépen-

dent en réalité exclusivement du mode d'excitation des bobinages des électro-injecteurs.

Sur la Fig. 4, le moteur 1 est représenté suivant une coupe par-

tielle prise suivant la ligne IV-IV de la Fig. 2. L'électro-injecteur 25 est relié aux circuits d'alimentation de combustible par l'intermédiaire de sa propre tuyauterie d'alimentation 26 qui provient du régulateur de

pression 27, de même qu'une tuyauterie analogue d'alimentation, non re-

présentée sur la figure, qui est reliée à l'autre injecteur 13. Ce ré-

gulateur de pression 27 est relié par la tuyauterie 28 au filtre 29, puis à la pompe d'alimentation 30 et enfin au réservoir principal 31 dont s'éloigne une seconde tuyauterie 32 qui est reliée au régulateur 27 afin de permettre le recyclage du combustible en excès à partir de ce régulateur. Le régulateur de pression 27 a pour fonction de maintenir

constante la pression du combustible qui afflue aux injecteurs 13 et 25.

Il est encore représenté, partiellement, sur la Fig. 4, le con-

duit 33 d'aspiration de l'air, le long duquel est placé l'organe de ré-

gulation 34 qui est relié par un câble approprié 35 à la commande de

l'accélérateur. La position de cet organe de régulation 34 se trouve re-

levée par l'intermédiaire d'un transducteur 36 et envoyée sous la forme

d'un signal électrique à la centrale de commande à microprocesseur 37.

On voit enin à i ot centrale les câbles d'alimentation,

désignés dans leur ensemble par 38, des bobines d'excitation des élec-

tro-injecteurs. La centrale de commande 37 se compose, comme représenté sur la Fig. 5, d'une unité centrale à microprocesseur 39 qui traite les signaux

provenant soit du transducteur 36 relatif à la position de l'accéléra-

teur, soit du capteur magnétique classique (non représenté) qui est des-

tiné au relevé de la vitesse du moteur. Ces signaux font l'objet d'un

traitement d'interface avec cette unité centrale, au moyen respective-

ment d'un convertisseur analogique-numérique 40 et d'un filtre 41 de lissage du signal. L'unité centrale 39 pilote à sa sortie les circuits de puissance, désignés dans leur ensemble par 42, qui sont destinés à l'alimentation des bobines d'excitation des deux électro-injecteurs 13 et 25, bobines qui sont désignées par 13B et 25B. Cette unité est enfin alimentée par une génératrice à volant magnétique au moyen d'un circuit stabilisateur 43 et sa commande temporisée est assurée par un dispositif

approprié d'horloge 44.

Le fonctionnement de l'appareil décrit s'effectue de la manière suivante. La position du piston 5 qui est représentée sur la Fig. 1 est celle relative au point mort bas de la course. Dans cette situation, les lumières aussi bien de transfert que d'échappement sont complètement découvertes. L'air précédemment comprimé dans le carter 2 au cours de la descente du piston 5 se trouve introduit dans la chambre 9, ce qui donne lieu à la phase dite de "balayage" qui sert à compléter l'expulsion des produits de la combustion à travers le canal 11. L'introduction de l'air

cesse lorsque le bord supérieur du piston 5, dans son mouvement de re-

montée vers le point mort haut, obture complètement la lumière de trans-

fert correspondant au canal 10. L'éjection des gaz peut toutefois théo-

riquement se prolonger jusqu'au moment o se trouve aussi complètement

obturée la lumière correspondant au canal d'échappement 11.

La phase d'injection a lieu en même temps, tant que le piston ne parvient pas en regard de la lumière 22. Comme déjà dit, cette phase peut débuter à l'un quelconque des instants du cycle qui sont compris à l'intérieur de l'arc correspondant à l'angle représenté sur la Fig. 3, cet instant initial étant fonction de la vitesse de rotation du moteur et du degré d'ouverture de l'organe de régulation 34, tandis que, afin de limiter la perte de mélange frais à l'échappement, on fait coTncider l'instant final de la phase d'injection avec l'instant auquel le piston se porte, dans son mouvement ascensionnel, au niveau de la lumière d'admission 22. Pendant cette phase d'injection, les bobinages de l'un des électro- injecteurs 13 et 25 ou des deux peuvent être excités selon la quantité nécessaire de combustible par tour, évaluée en fonction des variables citées pour la détermination de l'instant initial de la phase d'injection. En effet, la quantité de combustible injectée par tour est directement proportionnelle au temps d'excitation de l'électro-injecteur et au nombre des injecteurs simultanément en service, tandis qu'est constant le débit du type particulier des injecteurs adoptés. Il est

représenté, sur la Fig. 6, la ligne 45 de séparation entre un fonction-

nement à injecteur unique ou à deux injecteurs simultanés, dans le plan de fonctionnement puissance-nombre de tours-moteur sur lequel les deux courbes 46 et 47 représentent respectivement la puissance correspondant à l'ouverture maximale et à l'ouverture minimale de l'accélérateur. Le fonctionnement à injecteur unique est obtenu en excitant alternativement

les deux injecteurs afin d'éviter un suréchauffement de ceux-ci.

Dans la course ascendante du piston 5, à peine la phase d'in-

jection est-elle terminée que la lumière d'échappement se ferme aussi et que commence par conséquent la phase de compression du mélange présent

dans la chambre 9 tant que le piston n'atteint pas le point mort haut.

C'est vers cet instant qu'a lieu, comme connu, la phase de combustion provoquée par l'étincelle produite, avec l'angle favorable d'avance,

entre les électrodes de la bougie d'allumage 12.

Pendant la phase suivante de détente, le piston 5 découvre suc-

cessivement, dans sa course descendante, les lumières correspondant à

l'échappement 11, à l'admission 22 et au transfert 10, ce qui fait débu-

ter les phases d'échappement des produits de la combustion et le trans-

fert de l'air présent dans le carter 2. Ces phases se prolongent aussi après l'instant correspondant à la position du point mort bas selon le

déroulement chronologique et les modalités illustrées précédemment.

La succession des phases décrites ci-dessus peut s'effectuer

soit d'une manière cyclique, à chaque tour du vilebrequin, soit en fai-

sant alterner des cycles o se produit l'injection avec des cycles o

celle-ci se trouve interdite.

Avec le dispositif d'injection décrit ci-dessus et représenté, on peut par suite faire varier le débit de combustible en fonction du nombre de tours et de la charge du moteur, d'une manière simple et par

conséquent, entre autres, économique sur le plan réalisation struc-

turelle.

Un tel dispositif ne comporte pas de forme variable de l'écou-

lement de combustible, ni d'utilisation de lumières de transfert de

section élevée, avec tous les avantages qui en dérivent.

Il peut être appliqué à un moteur quelconque à deux temps avec des modifications évidentes par rapport à ce qui a été décrit et représenté. On peut prévoir plus de deux injecteurs pour chaque cylindre. En outre, l'unité centrale peut être influencée, en plus de la vitesse et de la charge du moteur, par d'autres paramètres de fonctionnement de ce

moteur, par l'intermédiaire de capteurs appropriés reliés à celle-ci.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'injection de combustible à basse pression dans un moteur à deux temps (1) comprenant au moins un cylindre (3) et un

piston (5) associé, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque cy-

lindre (3), au moins deux injecteurs (13, 25) rigidement reliés au cy-

lindre et communiquant avec l'intérieur de ce cylindre, chacun de ces

injecteurs (13, 25) étant en outre relié à un circuit (26 à 32) d'ali-

mentation en combustible et à une unité de commande (37) qui commande l'émission du combustible par l'injecteur (13, 25) dans le cylindre (3)

en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur (1).

2. Dispositif d'injection de combustible suivant la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que chaque injecteur (13, 25) communique en outre avec l'intérieur d'un carter (2) du moteur dans lequel se trouve

aspiré de l'air à mélanger au combustible.

3. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque injecteur

(13, 25) communique avec l'intérieur du cylindre (3) par l'intermédiaire

d'une lumière (22) de petite section.

4. Dispositif d'injection de combustible suivant la revendica-

tion 3, caractérisé en ce qu'une chambre (21) est interposée entre

l'injecteur (13, 25) et ladite lumière (21) de petite section.

5. Dispositif d'injection de combustible suivant la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que chaque injecteur (13, 25) fait face à une chambre (21) communiquant avec l'intérieur du cylindre (3) à travers un canal (22) de petite section et comiriiEt en outre avec l'intérieur

d'un carter (2) du moteur dans lequel se trouve aspiré de l'air à mélan-

ger avec le combustible.

6. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un élément de protec-

tion thermique (19) est monté à la sortie de chaque injecteur (13, 25).

7. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications i à 6, caractérisé en ce que chaque injecteur

(13, 25) est à écoulement unidirectionnel.

8. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque injecteur

(13, 25) est à actionnement électrique grâce à une bobine d'excitation (13B, 25B), l'unité de commande (37) commandant l'alimentation de cette

bobine (13B, 25B).

9. Appareil d'injection de combustible suivant l'une quelconque

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des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit (26 à 32)

d'alimentation en combustible comprend un régulateur de pression (27) ayant pour fonction de maintenir constante la pression du combustible

qui afflue aux injecteurs (13, 25).

10. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'unité de commande

(37) est reliée à un transducteur de la vitesse du moteur.

11. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'unité de commande

lo (37) est reliée à un transducteur (36) de la charge du moteur.

12. Dispositif d'injection de combustible suivant la revendica-

tion 11, caractérisé en ce que ledit transducteur (36) de la charge du moteur est un transducteur de la position d'un organe (34) de régulation

de l'air qui afflue à chaque cylindre (3) pour se mélanger au combus-

tible.

13. Dispositif d'injection de combustible suivant l'une quelcon-

que des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'unité de commande

(37) commande, en fonction desdits paramètres de fonctionnement du mo-

teur (1), l'activation d'un ou plusieurs injecteurs (13, 25) de chaque cylindre (3), ou leur désactivation, ainsi que la durée d'activation de

chaque injecteur.