WO1995004212A1 - Dispositif d'alimentation en melange air-carburant d'un moteur a explosion a deux temps - Google Patents

Dispositif d'alimentation en melange air-carburant d'un moteur a explosion a deux temps Download PDF

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WO1995004212A1
WO1995004212A1 PCT/FR1994/000972 FR9400972W WO9504212A1 WO 1995004212 A1 WO1995004212 A1 WO 1995004212A1 FR 9400972 W FR9400972 W FR 9400972W WO 9504212 A1 WO9504212 A1 WO 9504212A1
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cylinder
fuel
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Jean-Marc Masse
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Masse Jean Marc
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2009/0201—Arrangements; Control features; Details thereof
    • F02D2009/0291—Throttle control device for throttle being disposed in a two-stroke engine transfer passage

Definitions

  • the present invention relates to a device for supplying the air-fuel mixture to a two-stroke internal combustion engine of the type swept by compressed air in the casing, comprising at least one cylinder, a piston moving in back and forth in said cylinder to delimit a combustion chamber and a purge air compression housing provided with an air intake orifice, the cylinder comprising at least one exhaust port, at least one port transfer communicating through a transfer channel with the housing, and a light for introducing an air-fuel mixture into the combustion chamber, towards the end of the sweep.
  • the present invention aims to eliminate or at least reduce to a large extent the drawbacks of the solutions already proposed with a view to reducing the consumption and pollution of two-stroke engines.
  • the subject of the invention is a device for supplying the air-fuel mixture to a two-stroke internal combustion engine of the type swept by compressed air in the casing, this engine comprising at least one cylinder, a movable piston. back and forth in the cylinder to define a combustion chamber and a purge air compression housing provided with an air intake orifice.
  • the cylinder comprises at least one exhaust port, at least one transfer port communicating via a transfer channel with the casing, and a port for introducing an air-fuel mixture into the combustion chamber towards the end of the sweep.
  • a rotary shutter member driven in synchronism with the rotation of the engine is associated with the light for introducing the air-fuel mixture into the combustion chamber.
  • the control of the air-fuel mixture introduction light by a rotary shutter member makes it possible, in a particularly simple manner, to overcome all the limitations, in particular of regime, to which known injection or injection systems are subjected. pneumatic introduction of fuel on two-stroke internal combustion engines.
  • the supply device comprises an air reservoir supplied with air at a pressure higher than the pressure prevailing in the combustion chamber after opening the exhaust port, a venturi placed between said tank and the rotary shutter and a fuel inlet from a constant level tank and opening into the divergent portion of said ventur
  • the rotary shutter is preferably placed inside said tank.
  • the rotary obturator can preferably be a cylindrical plug obturator whose axis is parallel to the axis of the cylinder and which has in its cylindrical wall a window controlling the communication of the tank by the introduction light with the combustion chamber .
  • the air tank can be supplied with pressurized air by a system external to the engine, or by a system internal to the engine.
  • the reservoir is advantageously supplied with air from the casing by a conduit also controlled by a rotary shutter driven in synchronism with the rotation of the engine.
  • the upper edge of the light for introducing the air-fuel mixture into the combustion chamber may be at the same level as the upper edge of the exhaust light, but according to a preferred embodiment, the upper edge of the introduction light is located closer to the cylinder head than the upper edge of the exhaust light, so that when the piston rises, the combustion chamber still communicates with the air tank and the increasing the pressure in the combustion chamber leads to an increase in the air pressure in the tank for the introduction of the air-fuel mixture during the next cycle.
  • the air-fuel jet of the air-fuel mixture supply device is oriented towards the cylinder head so that said jet does not meet the exhaust lumen.
  • the engine as illustrated in the drawing is an internal combustion engine operating on a two-stroke cycle, of the type scanned by compressed air in the casing.
  • a cylinder 1 defined in a cylinder block 2 surmounted by a cylinder head 3 carrying a spark plug 4.
  • the cylinder block 2 is attached to a casing 5 provided with an air intake opening 6 and a non-flap valve represented.
  • a crankshaft 7 In the casing 5 rotates a crankshaft 7 to which is coupled by a connecting rod 8 a piston 9 which is movable back and forth in the cylinder 1 and delimits in the latter a combustion chamber 10 with the cylinder head 3.
  • the cylinder 1 also comprises an exhaust light 11 as well as a transfer light 12 communicating via a transfer channel not shown with the casing 5, the two lights 11 and 12 being formed in the cylinder 1 so as to open into the combustion chamber 10 at a height such that they are completely cleared only when the piston 9 is in bottom dead center, as shown.
  • the engine as described above also comprises a device 13 for supplying the air-fuel mixture to the combustion chamber 10.
  • This device 13 comprises an air reservoir 14 communicating through a passage 15 with the casing 5 as well as by a light 16 with the cylinder 1, the light 16 being substantially at the same height as the exhaust light 11.
  • a rotary shutter 19 rotating around an axis parallel to the axis of the cylinder 1 is rotatably mounted at the inside the chamber 14 so as to control the communication between the inside of the chamber 14 and the cylinder 1.
  • the shutter 19 is a plug valve with a cylindrical wall located between the ve nturi 17 and the light 16 has a window 21.
  • the shaft 20 of the shutter 19 also carries another rotary shutter 22 whose light 23 controls the communication between the chamber 14 and the casing 5 via the conduit 15, as well as 'a drive pinion 24 consisting of a bevel gear engaged with a not shown bevel gear of a shaft which is parallel to the crankshaft 7 and is driven by the latter.
  • the insertion light 16 is arranged in such a way that its lower edge is located at the height of the top of the piston 9 when the latter is in bottom dead center and that its upper edge is located at a level slightly above the upper edge of the exhaust lumen 11.
  • the introductory lumen 16 is opposite the exhaust lumen 11 and the venturi 17 is oriented obliquely upwards towards the cylinder head 3 so as to produce a jet which crosses the axis of the cylinder 1 and passes over the exhaust port 11.
  • the piston 9 moves towards the cylinder head 3 in the direction of the top dead center. During this piston rise stroke, the volume of the casing 5 increases and air is drawn into the casing 5 through the inlet port 6 and the valve not shown.
  • the spark plug 4 triggers the combustion of the air-fuel mixture contained in the combustion chamber 10 and under the thrust of the gases resulting from this combustion, the piston 9 moves away from cylinder head 3 towards bottom dead center. During this descent of the piston 9, the air previously sucked into the casing 5 is compressed, the valve not shown preventing any discharge of air through the intake orifice 6.
  • the piston 9 successively discovers the introduction light 16, the exhaust light 11 and the transfer light 12.
  • the introduction light 16 is still closed by the shutter 19, the gases of exhaust are evacuated by the exhaust port 11, this movement being assisted by the introduction, via the transfer orifice 12, of fresh air previously compressed in the casing 5.
  • the window 21 and the light 16 still allow, for a short time, a communication of the combustion chamber 10 with the tank 14, so that the pressure which increases in the chamber combustion 10 due to the upward movement of the piston 9 increases the pressure of the air contained in the tank 14, for the introduction of fuel during the next cycle.
  • the piston 9 then continues its upward movement in the direction of the cylinder head 3, compressing the air-fuel mixture in the combustion chamber 10 and sucking air into the casing 5 through the intake port 6 and the valve not shown.
  • the shutter 19 could be a rotary shutter other than in the form of a plug, rotating around an axis other than parallel to the axis of the cylinder 1, although the arrangement described and shown is particularly favorable in the measurement. where it makes it possible to place the shutter as close as possible to the insertion lumen 16 and to produce the insertion device 13 as a whole in a particularly compact form.

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Abstract

Dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter (5), comprenant au moins un cylindre (1), un piston (9) mobile en va-et-vient dans le cylindre, et un carter de compression d'air de balayage, le cylindre comprenant au moins une lumière d'échappement (11), au moins une lumière de transfert (12) et une lumière (16) d'introduction d'un mélange air-carburant. Un organe obturateur rotatif (19) entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur est associé à la lumière (16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10), cet organe obturateur étant placé dans un réservoir d'air (14) alimenté en air sous une pression supérieure à la pression dans la chambre de combustion (10) après ouverture de la lumière d'échappement (11).

Description

Dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps.
La présente invention se rapporte à un dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter, comprenant au moins un cylindre, un piston mobile en va-et-vient dans ledit cylindre pour délimiter une chambre de combustion et un carter de compression d'air de balayage muni d'un orifice d'admission d'air, le cylindre comprenant au moins une lumière d'échappement, au moins une lumière de transfert communiquant par un canal de transfert avec le carter, et une lumière d'introduction d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion, vers la fin du balayage.
Les moteurs à explosion fonctionnant selon un cycle à deux temps se sont avérés avoir une consommation et entraîner une pollution relativement importantes. Ce double problème est dû au balayage de la chambre de combustion, lequel balayage est effectué à l'aide d'un mélange air-carburant et, pour être efficace en vue de réaliser un bon remplissage de la chambre de combustion en mélange air-carburant et d'évacuer au maximum les gaz brûlés de la chambre de combustion, entraîne un passage direct d'une partie du mélange air-carburant par la lumière d'échappement, c'est-à-dire un échappement de gaz inbrûlés.
C'est la raison pour laquelle il a déjà proposé de réaliser le balayage de la chambre de combustion par de l'air pur plutôt que par un mélange air-carburant, le carburant n'étant introduit dans la chambre de combustion que vers la fin du balayage. Pour cela, il est possible d'injecter le carburant soit directement dans la chambre de combustion (voir demande de brevet FR-2 582 349), soit indirectement (demande de brevet FR-2 609 504), soit encore de l'introduire pneumatiquement (demande de brevet FR-2 496 757). Pour introduire le carburant par injection, il est nécessaire d'avoir une pression d'injection relativement élevée et les injecteurs utilisés sont souvent commandés électroniquement pour des raisons de souplesse de réglage. D'un autre côté, les systèmes d'introduction pneumatique de carburant sont réalisés par soupape commandée par exemple électroniquement ou par came en fonction de la rotation du moteur, ce qui limite le régime d'utilisation en raison des risques d'affolement de la soupape ou le temps de mise en action de la commande électronique.
Tous ces solutions connues diminuent les avantages intrinsèques du moteur à deux temps, à savoir une construction relativement simple et un prix de revient réduit, avantages qui sont particulièrement intéressants pour des petits moteurs utilisés par exemple sur des véhicules à deux roues.
La présente invention vise à éliminer ou pour le moins à réduire dans une large mesure les inconvénients des solutions déjà proposées en vue de diminuer la consommation et la pollution des moteurs à deux temps.
L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter, ce moteur comprenant au moins un cylindre, un piston mobile en va-et-vient dans le cylindre pour délimiter une chambre de combustion et un carter de compression d'air de balayage muni d'un orifice d'admission d'air. Le cylindre comprend au moins une lumière d'échappement, au moins une lumière de transfert communiquant par un canal de transfert avec le carter, et une lumière d'introduction d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion vers la fin du balayage. Selon l'invention, un organe obturateur rotatif entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur est associé à la lumière d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion.
La commande de la lumière d'introduction de mélange air- carburant par un organe obturateur rotatif permet de s'affranchir d'une manière particulièrement simple de toutes les limitations, notamment de régime, auxquelles sont soumis des systèmes connus d'injection ou d'introduction pneumatique de carburant sur les moteurs à explosion à deux temps.
De préférence, le dispositif d'alimentation conforme à l'invention comprend un réservoir d'air alimenté en air sous une pression supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion après ouverture de la lumière d'échappement, un venturi placé entre ledit réservoir et l'obturateur rotatif et une arrivée de carburant provenant d'une cuve à niveau constant et débouchant dans le divergent dudit ventur
Dans ce cas, l'obturateur rotatif est de préférence placé à l'intérieur dudit réservoir.
L'obturateur rotatif peut être de préférence un obturateur à boisseau cylindrique dont l'axe est parallèle à l'axe du cylindre et qui comporte dans sa paroi cylindrique une fenêtre commandant la communication du réservoir par la lumière d'introduction avec la chambre de combustion.
Le réservoir d'air peut être alimenté en air sous pression par un système externe au moteur, ou bien par un système interne au moteur. Dans ce dernier cas, le réservoir est avantageusement alimenté en air à partir du carter par un conduit également commandé par un obturateur tournant entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur.
Le bord supérieur de la lumière d'introduction du mélange air- carburant dans la chambre de combustion peut se situer à un même niveau que le bord supérieur de la lumière d'échappement, mais suivant un mode de réalisation préféré, le bord supérieur de la lumière d'introduction se situe à un niveau plus proche de la culasse que le bord supérieur de la lumière d'échappement, de manière que lors de la montée du piston, la chambre de combustion communique encore avec le réservoir d'air et l'augmentation de la pression dans la chambre de combustion entraîne une augmentation de la pression d'air dans le réservoir en vue de l'introduction du mélange air-carburant pendant le cycle suivant.
De préférence, le jet d'air-carburant du dispositif d'alimentation en mélange air-carburant est orienté vers la culasse de manière que ledit jet ne rencontre pas la lumière d'échappement. En se référant à la figure unique du dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un dispositif conforme à l'invention.
Le moteur tel qu'illustré par le dessin est un moteur à explosion fonctionnant selon un cycle à deux temps, du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter. On reconnaît sur le dessin un cylindre 1 défini dans un bloc-cylindre 2 surmonté d'une culasse 3 portant une bougie d'allumage 4. Le bloc-cylindre 2 est rapporté sur un carter 5 muni d'une ouverture d'admission d'air 6 et d'un clapet non représenté. Dans le carter 5 tourne un vilebrequin 7 auquel est attelé par une bielle 8 un piston 9 qui est mobile en va-et-vient dans le cylindre 1 et délimite dans ce dernier une chambre de combustion 10 avec la culasse 3.
Le cylindre 1 comporte par ailleurs une lumière d'échappement 11 ainsi qu'une lumière de transfert 12 communiquant par un canal de transfert non représenté avec le carter 5, les deux lumières 11 et 12 étant ménagées dans le cylindre 1 de manière à déboucher dans la chambre de combustion 10 à une hauteur telle qu'elles soient complètement dégagées uniquement lorsque le piston 9 se trouve au point mort bas, comme représenté. Selon l'invention, le moteur tel que décrit ci-dessus comporte par ailleurs un dispositif 13 d'alimentation en mélange air-carburant de la chambre de combustion 10. Ce dispositif 13 comprend un réservoir d'air 14 communiquant par un passage 15 avec le carter 5 ainsi que par une lumière 16 avec le cylindre 1, la lumière 16 se trouvant sensiblement à la même hauteur que la lumière d'échappement 11. Un venturi 17 dans le divergent duquel débouche une arrivée de carburant 18 reliée à une cuve à niveau constant non représentée est monté dans la chambre 13 à l'endroit de la sortie de cette dernière vers la lumière 16. Un obturateur rotatif 19 tournant autour d'un axe parallèle à l'axe du cylindre 1 est monté en rotation à l'intérieur de la chambre 14 de manière à commander la communication entre l'intérieur de la chambre 14 et le cylindre 1. Dans l'exemple représenté, l'obturateur 19 est un obturateur à boisseau dont la paroi cylindrique se trouvant entre le venturi 17 et la lumière 16 comporte une fenêtre 21. L'arbre 20 de l'obturateur 19 porte par ailleurs un autre obturateur rotatif 22 dont la lumière 23 commande la communication entre la chambre 14 et le carter 5 par le conduit 15, ainsi qu'un pignon d'entraînement 24 constitué par un pignon conique en prise avec un pignon conique non représenté d'un arbre qui est parallèle au vilebrequin 7 et est entraîné par ce dernier. Il est à noter dans l'exemple représenté, la lumière d'introduction 16 est disposée de telle manière que son bord inférieur est situé à la hauteur du sommet du piston 9 lorsque ce dernier se trouve au point mort bas et que son bord supérieur est situé à un niveau légèrement au-dessus du bord supérieur de la lumière d'échappement 11. Par ailleurs, la lumière d'introduction 16 se trouve à l'opposé de la lumière d'échappement 11 et le venturi 17 est orienté de façon oblique vers le haut en direction de la culasse 3 de manière à produire un jet qui croise l'axe du cylindre 1 et passe au-dessus de la lumière d'échappement 11.
On va décrire ci-après le mode de fonctionnement du moteur tel que défini ci-dessus.
A partir de la position de point mort bas selon le dessin, le piston 9 se déplace vers la culasse 3 en direction du point mort haut. Pendant cette course de montée du piston, le volume du carter 5 augmente et de l'air est aspiré dans le carter 5 par l'orifice d'admission 6 et le clapet non représenté.
Lorsque le piston 9 est arrivé au point mort haut, la bougie d'allumage 4 déclenche la combustion du mélange air-combustible contenu dans la chambre de combustion 10 et sous la poussée des gaz résultant de cette combustion, le piston 9 s'éloigne de la culasse 3 en direction du point mort bas. Pendant cette descente du piston 9, l'air préalablement aspiré dans le carter 5 est comprimé, le clapet non représenté empêchant tout refoulement d'air par l'orifice d'admission 6.
Pendant ce mouvement de descente, le piston 9 découvre successivement la lumière d'introduction 16, la lumière d'échappement 11 et la lumière de transfert 12. La lumière d'introduction 16 étant encore fermée par l'obturateur 19, les gaz d'échappement sont évacués par la lumière d'échappement 11, ce mouvement étant assisté par l'introduction, par l'orifice de transfert 12, de l'air frais préalablement comprimé dans le carter 5.
Pendant ce temps, bien que la lumière d'introduction 16 soit découverte par le piston 9, la communication entre le réservoir d'air 14 et le cylindre 1 reste interrompue par le boisseau 19. Ce n'est qu'après que le piston 9 ait atteint le point mort bas puis commencé son déplacement vers le haut en direction de la culasse 3 que la. fenêtre 21 de l'obturateur 19 vient en regard de la lumière d'introduction 16 et établit ainsi la communication entre le réservoir 14 et le cylindre 1. Sous la pression de l'air dans le réservoir 14, pression qui est supérieure à la pression dans le cylindre 1, la lumière d'échappement 12 n'étant toujours pas fermée, l'air passe du réservoir 14 à travers le venturi 17 en entraînant avec lui le carburant provenant de l'arrivée de carburant 18, ce flux d'air et de carburant étant dirigé vers le haut de la chambre de combustion 10, au-dessus de la lumière d'échappement 11, afin que le minimum de carburant atteigne cette lumière avant sa fermeture par le piston 9.
Après la fermeture consécutive la lumière d'échappement 11, la fenêtre 21 et la lumière 16 permettent encore, pendant un court instant, une communication de la chambre de combustion 10 avec le réservoir 14, pour que la pression qui s'accroît dans la chambre de combustion 10 du fait du déplacement vers le haut du piston 9 fasse augmenter la pression de l'air contenu dans le réservoir 14, en vue de l'introduction du carburant au cours du cycle suivant. Le piston 9 continue ensuite son déplacement vers le haut en direction de la culasse 3, en comprimant le mélange air-carburant dans la chambre de combustion 10 et en aspirant de l'air dans le carter 5 par l'orifice d'admission 6 et le clapet non représenté.
Lorsque le piston 9 atteint le point mort haut, les étapes décrites du cycle se répètent dans le même ordre.
Il convient de remarquer que le mode de réalisation représenté et décrit n'a été donné qu'à titre d'exemple illustratif et non limitatif et que de nombreuses modifications et variantes sont possible dans le cadre de l'invention. Ainsi, l'introduction d'air sous pression dans le réservoir 14, au lieu de se faire par un système interne au moteur (transfert dans le réservoir 14 d'une partie de l'air comprimé dans le carter 5), pourrait également se faire par un système externe au moteur.
Au lieu de situer le bord supérieur de la lumière d'introduction 16 au-dessus du bord supérieur de la lumière d'échappement 11, il serait également possible de placer les bords supérieurs de ces deux lumières à la même hauteur, ce qui supprimerait l'augmentation de pression de l'air dans le réservoir 14 lors de la remontée du piston 9.
Par ailleurs, l'obturateur 19 pourrait être un obturateur rotatif autre qu'en forme de boisseau, tournant autour d'un axe autre que parallèle à l'axe du cylindre 1, bien que la disposition décrite et représentée soit particulièrement favorable dans la mesure où elle permet de placer l'obturateur au plus près de la lumière d'introduction 16 et de réaliser le dispositif d'introduction 13 dans son ensemble sous une forme particulièrement compacte.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter, comprenant au moins un cylindre, un piston mobile en va-et-vient dans ledit cylindre pour délimiter une chambre de combustion, et un carter de compression d'air de balayage muni d'un orifice d'admission d'air, le cylindre comprenant au moins une lumière d'échappement, au moins une lumière de transfert communiquant par un canal de transfert avec le carter, une lumière d'introduction d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion, vers la fin du balayage, et un obturateur rotatif (19) entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur et associé à la lumière (16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10), caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un réservoir d'air (14) alimenté en air sous une pression supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion après ouverture de la lumière d'échappement (11), un venturi (17) placé entre ledit réservoir (14) et l'obturateur rotatif (19), et une arrivée de carburant (18) provenant d'une cuve à niveau constant et débouchant dans le divergent du venturi.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'obturateur rotatif (18) est placé à l'intérieur du réservoir (14).
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'obturateur rotatif (19) est un obturateur à boisseau cylindrique dont l'axe est parallèle à l'axe du cylindre (1) et qui comporte dans sa paroi cylindrique une fenêtre (21) commandant la communication du réservoir (14) par la lumière d'introduction (16) avec la chambre de combustion (10).
4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réservoir d'air (14) est alimenté en air sous pression par un système externe au moteur.
5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le réservoir d'air (14) est alimenté en air sous pression par un système interne au moteur.
6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le réservoir (14) est alimenté en air sous pression à partir du carter (5) par un conduit (15) commandé par un obturateur tournant (22) entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur.
7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le bord supérieur de la lumière
(16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10) se situe à un même niveau que le bord supérieur de la lumière d'échappement (11).
8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le bord supérieur de la lumière (16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10) se situe à un niveau plus proche de la culasse (3) que le bord supérieur de la lumière d'échappement (11).
9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le jet d'air-carburant du dispositif (13) d'alimentation en mélange air-carburant est orienté vers la culasse (3) de manière que ledit jet ne rencontre pas la lumière d'échappement (11).
PCT/FR1994/000972 1993-08-03 1994-08-02 Dispositif d'alimentation en melange air-carburant d'un moteur a explosion a deux temps WO1995004212A1 (fr)

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