WO1995012067A1 - Dispositif d'injection de combustible liquide pour moteur diesel, et moteur diesel comprenant ce dispositif - Google Patents

Dispositif d'injection de combustible liquide pour moteur diesel, et moteur diesel comprenant ce dispositif Download PDF

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WO1995012067A1
WO1995012067A1 PCT/FR1994/001241 FR9401241W WO9512067A1 WO 1995012067 A1 WO1995012067 A1 WO 1995012067A1 FR 9401241 W FR9401241 W FR 9401241W WO 9512067 A1 WO9512067 A1 WO 9512067A1
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WO
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piston
cavity
pressure
working chamber
needle
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Application number
PCT/FR1994/001241
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English (en)
Inventor
Jean Frédéric MELCHIOR
Original Assignee
Melchior Jean F
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M49/00—Fuel-injection apparatus in which injection pumps are driven or injectors are actuated, by the pressure in engine working cylinders, or by impact of engine working piston
    • F02M49/02—Fuel-injection apparatus in which injection pumps are driven or injectors are actuated, by the pressure in engine working cylinders, or by impact of engine working piston using the cylinder pressure, e.g. compression end pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • Liquid fuel injection device for a diesel engine and diesel engine comprising this device.
  • the quality of fuel injection in diesel engines is one of the determining factors in the quality of combustion and, consequently, in improving yields and reducing pollutants in the exhaust. and the longevity of the engines.
  • the injection pressure must be very high, proportionate as much as possible to the variable pressure in the chamber, with a frank opening of the injector at the start of injection and, on the contrary, a soft closing at the end injection.
  • High injection pressures are desirable because they improve the atomization of the fuel injected through the injection port (s) and, therefore, the quality of combustion.
  • Very high pressure injection poses significant mechanical problems, absorbs a significant power and requires a good design of the device in order to reduce the clearances, the volumes and the distances of the fuel path, the compression of which also causes difficulties.
  • an injection pressure as much as possible, proportional to the pressure of the gases in the chamber during the part of the cycle where the injection takes place, is intended to ensure a certain constancy of the physical characteristics of the injection and to prevent the difference between the injection pressure, upstream of the injection orifice, and the pressure in the chamber, downstream of the injection orifice, from becoming too low, thus causing the formation of large drops of fuel or even liquid jets, causing excessive penetration of liquid fuel into the chamber with the risk of an impact on the cold wall, causing poor quality combustion and consequently the emission of fumes, unburnt and polluting substances.
  • obtaining good proportionality is particularly difficult, the so-called "high effective average pressure" diesel engines being able to have maximum pressures varying in a ratio of 1 to 10 depending on the speed.
  • Obtaining a frank opening of the needle at the start of injection prevents rolling, and therefore injection under low pressure, at the first moments of the lifting of the needle from the injector.
  • the soft closure that is to say at a limited impact speed against its seat of the needle, is intended, for its part, to avoid rebounds and therefore irregularities in closure, and to preserve the service life of the needle and its sealing seat.
  • the pressure must remain high to avoid tearing, forming drops in the last moments of the injection.
  • the known technical solutions seeking to solve these various problems can be divided into two categories.
  • the first, the most widespread, consists in using an injection device of "Bosch type" with an injection pump and a distributor.
  • a pump piston having two outlets, one towards the injector body with its needle, the other constituting a discharge orifice closable by a distributor.
  • the pump piston compresses the fuel when the discharge port is closed by the distributor, so that when the fuel pressure exceeds the opening pressure of the injector needle, normally returned to the closed position by a spring, the needle lifts up to its stop and injection takes place.
  • the second solution uses an accumulator powered by a high pressure pump and permanently communicating with the cavity normally separated from the injection nozzle by the underside of the injector needle applied to its seat, the other side, opposite , the needle being able to be placed alternately in communication with the accumulator and with the discharge, by means of a distributor.
  • the upper face and the peripheral part of the lower face of the needle are at the same pressure, namely that of the accumulator, and the needle is then pressed against its seat.
  • the open position the upper face of the needle is released, so that the pressure imbalance causes the needle to open rapidly, until it stops in the raised position.
  • this system presents a great risk in the case of motors with several working chambers. If an injector needle is no longer sealed, the engine continues to operate with the other cylinders and the accumulator supplied by the high-pressure pump is drained in the faulty cylinder, with the risk of destroying it by overheating.
  • the injector which is connected to means for generating low fuel pressure, is produced in the form of an assembly comprising, in a fixed body, a movable differential piston having a first face in the combustion chamber of the engine.
  • the movable assembly comprising yet another piston face, opposite said first face in relation to the combustion chamber, and moving in a volume also connected to the low pressure generating means by means of a suction valve uni-directional and, with the cover by a control valve, the opening, respectively closing, of the control valve allowing the backward movement, respectively preventing this movement of the mobile assembly, and consequently the increase in the pressure in the chamber in which the small diameter section of the differential piston moves.
  • Such a device can be useful for injecting fuel into combustion chambers in which the pressure variations are relatively small or even nonexistent and where the space available, in the wall of the combustion chamber, for housing the injector and in particular of said first face, of large section, of the differential piston, having the injection nozzle in its center, is largely sufficient, such as combustion chambers of gas turbines or burners.
  • the pressurization of the fuel in the injector can only start after the opening of the control valve.
  • the opening of the needle therefore depends on the pressure level prevailing in the combustion chamber and will occur as soon as the force of the needle return spring will have been overcome by the force resulting from the application of the fuel pressure on the differential surface of the needle.
  • the opening time of the needle will vary greatly in the cycle for the same position on the order of opening the control valve.
  • the installation of an injector of this type in a cylinder head reciprocating cyclic engine would be very problematic given the little space left free by the valves of said engine.
  • a differential pump piston in the form of a revolution, which slides axially in a cylindrical housing integral with said cylinder head and which comprises two stages cylinders of parallel axes and preferably merged, the first cylinder being in permancy open on the whole of its lower part, towards the working chamber, the second cylinder having a cross section smaller than that of the first cylinder,
  • control means for actuating said shutter means, characterized in that said control means are arranged to cyclically control the opening and the
  • control means cause the shutter means to open rapidly and the fuel is injected into the working chamber
  • the injection pressure can easily be adjusted to greatly exceed, and at any time, the pressure in the working chamber, in the form of an overpressure proportional to the pressure in the working chamber;
  • the control means cause the shutter means to close gently while the injection pressure remains always high, avoiding the formation of smoke-generating drops;
  • the volume of fuel in the high pressure generator means is connected with the low pressure supply means, allowing the fuel to be renewed.
  • the intake and exhaust valves are of the form of revolution and of axes combined, and preferably coincident with the axis of the cylindrical wall forming the working chamber and mounted coaxially around a central hub carried by the cylinder head and in which said sliding injector is disposed.
  • the aforementioned hub may have a fixed part in which the aforementioned cylindrical housing is formed integral with the cylinder head and comprising the cylinders with parallel axes in which the differential piston of the injector moves.
  • the most central cylindrical valve may, by its surface internal cylindrical, forming at least the part of larger diameter of said cylindrical housing, in which the part of larger diameter of the above-mentioned differential piston moves, the internal face of which is open to the working chamber. A particularly compact arrangement is thus obtained.
  • the nozzle of the injector can be located on the common axis of symmetry of all the moving parts of revolution, namely valves and injector.
  • the mechanically movable components of the high pressure generating means can, in practice, have a fairly high inertia, so that when the control means cause the shutter means to open very quickly, a momentary fall may occur. high pressure during the very first part of the injection, until the high pressure generating means have recompressed the fuel under the effect of the high pressure prevailing in the variable volume working chamber during the injection , so the quality of the injection may be defective for a short time.
  • a pressure accumulator of sufficient volume, can be interposed in the duct between said high pressure generating means and said first cavity, with, preferably, a discharge valve interposed between said high pressure generating means and said accumulator.
  • the elastic return means may include one or more return springs; however we prefer that they comprise a pressurized fluid, and in particular the fuel itself under the low pressure generated by the aforesaid low pressure generating means, acting on the upper face of the aforesaid piston of small cross section, and, preferably also, on an upper face the piston of large cross section delimiting, with the housing thereof, a third cavity permanently communicating with said low pressure generating means.
  • the force exerted by the return means of the high pressure generating means is independent of the value of the pressure existing in the variable volume working chamber during the phase of the cycle where the return movement must take place. This embodiment is suitable for engines with high volumetric ratio and low boost pressure, or not supercharged.
  • the liquid fuel injection device may include means for modulating the return force of the means for generating high fuel pressure, depending on the value of the pressure in working chamber 1.
  • these means may include a pressure accumulator dedicated exclusively to the injector in question and arranged so that the high pressure generated by the high pressure setting means and prevailing in the accumulator, causes the generator means to be recalled. high pressure in initial position.
  • This accumulator can also be used, as mentioned above, to avoid a temporary drop in fuel injection pressure, during the sudden opening of the shutter means of the injector.
  • the latter may comprise a third piston, integral with the first two and delimiting a fourth cavity communicating permanently with the accumulator.
  • the differential piston can be arranged to be sensitive, both, and separately, to the pressure of the accumulator in the said fourth cavity and to the low pressure of the supply means in liquid fuel in the aforesaid third cavity so that the return to the initial position of said high pressure generating means will also be ensured in the start-up phase, in which a high pressure does not prevail still in the accumulator and the high boost pressure has not yet been established.
  • the shutter means of the injector are controlled cyclically, independently of the pressure generated by the above means generating high fuel pressure, in response to orders given in synchronism with the rotational movement of the engine, to cause the opening or closing of the aforesaid shutter means of the injector.
  • These shutter means which may include, for example, a conventional needle for closing an injector, may be electromagnetic or mechanical means, but it is preferred that they be of a hydraulic nature.
  • the injector can easily be arranged to appear, by its active face, in the combustion chamber with variable volume, at the location most suitable for a spatial location of the injection ensuring the best combustion.
  • the aforementioned obturator means of the injector comprises a movable needle which can slide axially in said injector body,
  • said needle of revolution form, comprising a cylindrical piston in its upper part, and a conical bearing in its lower part,
  • - Said body comprising an internal recess delimited by a cylindrical bore, the internal diameter of which is at least equal to the external diameter of the above-mentioned needle piston, and, in its lower part, by a conical seat coaxial with said cylindrical bore, seat extended by a cavity of revolution closed downwards, the wall of this cavity constituting the aforesaid injection nozzle pierced with at least one injection orifice opening into said working chamber, - said needle, when its conical bearing is in support, thanks to elastic return means, on the conical seat of the injector - seat whose outside diameter is less than the diameter of the needle piston - separating said recess into three cavities, namely:.
  • the above cyclic control means of the shutter means of the injector can be constituted by a three-way distributor with two positions which, in one of these two positions, makes the first cavity communicate with the fifth cavity so as to force the needle resting on its conical seat, and in the other position, communicates this fifth cavity with the above means of supplying liquid fuel under low pressure to allow the needle to lift from its conical seat.
  • the invention also relates to motors incorporating the device according to the invention.
  • the invention relates to a combustion engine
  • - elastic return means being provided for applying said intake valve against the aforesaid conical seat secured to the cylinder head, - and means generating a force, parallel to the axis of the intake valve and directed towards the piston and applying to said valve, being provided for separating it cyclically from its seat, making it possible to communicate the working chamber of the engine with the cavity intake communicating with the above means of supplying fresh air to the engine,
  • FIG. 1 shows a schematic view of a • ⁇ 5 device according to the invention according to one embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic view of an embodiment with the pressure accumulator
  • Figure 9 shows an embodiment of the device according to Figure 10.
  • This device (1) comprises an injector (4) composed of a nozzle (5) and a movable needle (6).
  • the needle (6) 0 comprises a cylindrical piston (7) and a conical bearing (8).
  • the nozzle (5) has a recess (9) delimited by a cylindrical bore (10) of internal diameter at least equal to the external diameter of the needle piston (7), and in its lower part a conical seat (11) whose maximum diameter (12) is less than the diameter of the cylindrical bore (10), which conical seat (11) is extended by a wall of revolution (13) closed downwards and pierced by at least one injection orifice (14 ) which opens into the combustion chamber (2).
  • the needle (6) is applied to its conical seat (11) by elastic return means (15).
  • the needle (6) when it rests on its seat, separates said recess (9) into three cavities:
  • bag of small volume, which permanently communicates with the combustion chamber (2) via the injection orifices (14).
  • the high pressure generating means (19) consist of:
  • a differential piston forming the body (34) of the injector, which slides axially in a housing cylindrical integral with the cylinder head (3) which comprises a first cylinder (36) open, in its lower part, towards the chamber (2) and a second blind cylinder (38) and of diameter smaller than that of the first cylinder (36);
  • This differential piston (34) is applied against an axial stop (39) integral with the cylinder head (3) by return means, which may consist of a return spring, but which, preferably, are formed by the means of 'establishment of low pressure whose force is exerted towards the combustion chamber (2);
  • the differential piston (34) has a first piston (35) whose lower face (27) is permanently exposed to the action of the gases contained in the combustion chamber (2), and which slides in the first cylinder (36 ), and a second piston (37), integral with the first, whose outside diameter is at most equal to the inside diameter of the second cylinder (38);
  • the upper face (29) of the second piston (37) delimits a second cavity (40) which communicates, • on the one hand, permanently, via a first conduit (42, 42a, 43) with the first cavity
  • the injection device (1) comprises means for cyclic control (33) of the opening and closing of the needle.
  • cyclic control means (33) of the opening and of the closure of the needle can advantageously be of a hydraulic nature and consist of a three-way and two-position distributor which, in one of the two positions, makes the fifth cavity (16) communicate with the first cavity (17) so as to force the support of the needle (6) on its conical seat (11), and in the other position, makes this fifth cavity (16) communicate via the conduit (45) connecting it to the distributor (33) with the low pressure fuel supply means (20).
  • the aforesaid differential piston (34) delimits, with the cylindrical housings (36 and 38), in addition to the aforesaid cavity (40), a third cavity (41), in which one accommodates, preferably, a weak return spring (not shown) to recall and apply the sliding assembly (34) against the axial stop (39) when the engine stops.
  • This third cavity (41) is connected to the low pressure pump (20a) and, through a throttle (20b), to the low pressure supply means (20), which also collect, by a conduit (44), a leak collection groove also allowing lubrication of the sliding assembly (34).
  • the operation is as follows: - at rest of the engine or in operation, while the piston (2b) of the engine is in the vicinity of the bottom dead center, the low pressure fuel supply pressure prevailing in the third cavity (41) is high enough to bring the differential piston assembly (34) back on its axial stop (39), - the distributor (33) is deactivated and communicates the fifth cavity (16) and the first cavity (17), upstream of the conical seat (11) which forces the needle onto its seat, - the return spring (15 ) of the needle (6) applies the needle to its seat,
  • the distributor (33) is deactivated and the two faces of the needle (6) are at the same pressure, prevailing in the two cavities (16,17), but the differential effect of the seat of the needle reinforces the support of the needle (6) on its seat 11,
  • the non-return valve (32) closes and causes the hydrostatic blocking of the differential piston formed by the assembly (34), - the second cavity (40) as well as the cavities 16,
  • Spp Cross section of the piston (second piston).
  • the distributor (33) is activated (FIG. 4) by its control means (not shown),
  • the injection pressure is applied to the underside of the needle (6). This is raised until it comes to a stop.
  • the needle (6) is open, pressing on its rear stop
  • the assembly (34) is hydrostatically unlocked and sinks under the action of the gas pressure in the combustion chamber (2) as the fuel is injected into the chamber (2) through the injection orifices (14), as shown in FIG. 5.
  • the distributor (33) is deactivated by its control means ( Figure 6).
  • the two faces of the needle (6) are then subjected again to the same pressure (the injection pressure).
  • the closing is controlled by the needle spring (15).
  • This spring can be dimensioned so that the fall of the needle on its seat is gentle, that is to say at impact speed on its limited seat.
  • the injection pressure remains high.
  • this assembly is returned to its axial stop secured to the cylinder head 3 by the low pressure established in the third cavity (41) ( Figure 7).
  • the vacuum created in the second cavity (40) reopens the non-return valve (32) and the low pressure fuel supply means (20) fill the cavity (40) for the next cycle.
  • the device which has just been described works perfectly in the case of weakly supercharged engines and with a high volumetric ratio (compression ratio).
  • the pressure of the working fluid, in the vicinity of the top dead center is, at all speeds, clearly greater than the boost pressure in the vicinity of the bottom dead center.
  • FIG. 8 which the differential piston and the nozzle of the injector needle have been graphically separated, to facilitate the presentation.
  • the improved embodiment of the invention shown in FIG. 8, makes it possible to modulate the return force of the differential member of the high pressure generating means as a function of the pressure in the working chamber, in a manner ensuring the return in all cases engine speed, even in the case of a highly supercharged engine with a low volumetric ratio, in which the pressure of the supercharged working fluid, at low neutral, in steady state, can exceed the pressure of the compressed working fluid at neutral high, for example at start-up, so that the return force of the high fuel pressure generating means, if it is sufficient to ensure the return to steady state, would prevent actuation of said means at start-up.
  • These improvements also make it possible to avoid a momentary drop in the injection pressure, at the time of the sudden lifting of the injector needle, despite the inertia of the movable differential assembly.
  • the high pressure generating means comprise a differential piston (47) sliding in the cylinder head (3).
  • This differential piston has three stages,
  • the first stage forms a first piston (48), of largest diameter, the lower face (49) of which is constantly exposed to the pressure prevailing in the working chamber (2), this first piston sliding in a cylinder (50) in which is disposed a weak return spring (51), intended to return the piston to the return position against an axial stop (52) when the engine is stopped.
  • the cylinder (50) and the first piston (48) delimit the said third cavity in which the fuel leaks to return them to the low pressure supply means (20);
  • the spring (51) brings the differential piston (47) to its front stop (52) (even in the absence of return pressure).
  • the return force of the differential piston will be:
  • Such an improved and integrated embodiment has an assembly (70) comprising an injector body forming a first large diameter piston (71) and moving in a cylinder (72) forming, opposite the face subjected to the pressure of the gases in the variable-volume working chamber (2), the aforesaid third cavity (73) connected by a pipe (74), to the means low pressure supply (20).
  • the first piston (71) is extended by a second piston (76) sliding in a cylinder of intermediate diameter (77) and whose differential surface of piston (78) delimits the aforesaid fourth cavity constituting the accumulator (79).
  • a fairly weak return spring (80) located in the accumulator, returns the assembly to the return position against the axial stop (52).
  • the second piston (76) is extended by a third piston (81), sliding in a cylinder (82) so as to delimit the aforesaid second cavity of variable volume (83) and which communicates by a suction valve (55) with the low pressure feed pump (75) and, by a discharge valve (87) then a passage (89) internal to the piston with the accumulator (79).
  • the radially external intake valve 107 delimits with the cylinder head 3, in its lower part located in the immediate vicinity of its range cooperating with the conical seat secured to the cylinder head, an annular inlet clearance 110 communicating with an intake pipe 111 fresh air connected to the intake system (not shown) of the engine, for example a supercharging system.
  • the upper end of the tail 118 of the intake valve 107 comprises a flange 123 acting as an annular piston sliding in leaktight manner in a coaxial cylinder 124 arranged in the cylinder head 3, delimiting therewith a chamber 125 on the face upper part of this piston, and a chamber 126 under the lower face of this and your -
  • the radially internal or exhaust valve 106 has substantially the shape of a revolution of the axis coincident with that of the intake valve and preferably coincident with the axis of the above-mentioned engine cylinder 2, of a tubular sleeve situated at the inside of the intake valve 107 and sliding axially by its internal lateral surface on a valve guide 120 forming part of a central hub 121 secured to the cylinder head.
  • This central hub 121 also contains the fuel injector, the spray nozzle 5 of which opens into the combustion chamber in order to be able to inject substantially radial fuel jets therein and preferably inclined and distributed in a star around the nozzle .
  • the upper end of the tubular sleeve constituting the radially internal or exhaust valve 106 comprises a flange 112 acting as an annular piston sliding in leaktight manner in a coaxial cylinder 131 arranged in the cylinder head, delimiting with the latter a chamber 132 under the lower face of this piston, and a chamber 133 on its upper face.
  • the assembly of the piston 123 of the intake valve 107 and of the cylinder 124 constitutes a pressurized fluid cylinder for actuating said valve 107 in the direction of the opening lift (downwards, that is to say towards piston 2b).
  • the upper chamber 125 of this jack is intended to receive a pressurized hydraulic fluid, preferably incompressible, such as oil, which will also ensure the lubrication of the sliding tracks of the seals, to positively cause the descent of the piston 123, therefore of the valve 107, to the open position, while the underlying lower chamber 126 contains elastic return means 134 of the valve to the closed position.
  • These elastic return means may consist of mechanical springs 129 preferably comprising a plurality of springs mounted in parallel in the manner of a barrel and angularly regularly distributed around the periphery of the flange so as to ensure uniform thrust on the of its entire perimeter. They may also or concurrently be constituted by a pressurized fluid, preferably compressible, supplying the above-mentioned lower chamber 126.
  • the generation of the hydraulic pressure in the upper chamber 124 of the above-mentioned jack can advantageously be carried out by communicating the above-mentioned chamber 124, through passages 130, with a pump cylinder (not shown), filled with incompressible hydraulic fluid and closed by a pump piston actuated by a camshaft rotating in synchronism with the main motor shaft. It goes without saying that this pump piston can be actuated by any other known means such as an actuator with hydraulic, electromagnetic, or other control. Similarly, the entire collar
  • the valve 112 acting as piston of the exhaust valve 106 and of the cylinder 131 constitutes a pressurized fluid cylinder for actuating said valve 106 in the direction of the opening lift (upwards, that is to say opposite direction of piston 2b).
  • the lower chamber 132 of this jack is intended to receive a pressurized hydraulic fluid, preferably incompressible, such as oil, to positively cause the piston 112 to rise, therefore the valve 106 to be lifted, open position, while the underlying lower chamber 133 contains elastic return means 134 of the valve in the closed position.
  • These elastic return means may be, in the same way, mechanical, hydraulic or preferably, and concurrently, pneumatic.
  • Deflector means 137 are interposed between the annular intake clearance 110 and the fresh air intake pipe 111 intended to give the intake air, when the intake valve is lifted, a kinetic moment capable of '' generate a rotational movement, axis substantially coincident with the axis of the engine cylinder, ensuring a centrifugal helical path to the fresh air streams entering the working chamber.
  • deflector means may be formed by the shape of said intake pipe. It may more simply consist of blades inclined relative to the axis of said cylinder, or even more simply by angularly regularly drilled holes on the periphery of said annular inlet clearance and axes preferably perpendicular and non-intersecting with respect to the axis of said cylinder. This latter arrangement is particularly advantageous for facilitating the transmission to the cylinder head of the vertical forces due to the pressure of the gases in the working chamber.
  • This arrangement in the form of a tubular sleeve of the exhaust valve 106 is particularly advantageous in that, unlike a conventional mushroom-shaped valve, the pressure of the gases prevailing in the working chamber, at the time of 'opening of said valve, does not oppose, or very little, this opening: the force developed by the control member of the lifting of the exhaust valve will be reduced accordingly, which will facilitate the realization.
  • annular space 138 capable of being traversed by a cooling fluid, such as for example oil, which will furthermore participate in the lubrication of the bearing surfaces of sliding of the seals provided in the guide zones 120.
  • the cooling fluid will advantageously be introduced by means of supply and return ducts 139 which will primarily irrigate the lower part of the central hub 121 in the vicinity of the nozzle nose 105, then on the return circuit, the annular space 138.
  • the piston 3 has, in its upper face, a recess 140 of axis revolution coincident with that of the piston and which essentially constitutes the combustion chamber, while the volume of the working chamber is minimal, the piston being in the vicinity of the top dead center.
  • the nozzle 122 for injecting pressurized liquid fuel from the injector 105 is located substantially in the axis of the combustion chamber so that the fuel is injected, preferably in the form of inclined and regularly distributed radial jets, into the central part of the combustion chamber.
  • the combustion gases retained in the working chamber at the end of the sweeping process, and therefore recycled, will be concentrated in this central zone of the combustion chamber, while the fresh air, animated by a significant kinetic moment during the intake period, due to the peripheral arrangement of the intake valve 107 and the orientation of the air passages 137, will be confined by centrifugation to the periphery of the combustion chamber, the rotation of the air being maintained due to the conservation of the angular momentum during the upward stroke of the piston.
  • the quantity of combustion gases at very high temperatures and poor in oxygen, concentrated in the central zone of the combustion chamber can be obtained and easily adjusted.
  • Another simple way is to close the exhaust valve early enough to trap some of the combustion gases.
  • the temperature of the central zone can be of the order of 1480 ⁇ C just before injection then that the temperature of the peripheral fresh air in rotational movement is of the order of 430 ° C.
  • the upper face of the piston situated outside the combustion chamber is preferably flat and comes to fit, with a clearance which will be determined so as to minimize the importance of the radial air movements when the piston is in the vicinity of its top dead center, the underside of the sole 113 of the intake valve 107. In doing so, it comes, when the piston is near the top dead center, to trap radially outside the conical seat 115 a small annular volume 146.
  • this small annular volume 146 constitutes a " ⁇ ul- de-sac "in which a fresh air reserve is created, at each piston compression cycle, rotating away from fuel combustion when the piston is near top dead center.
  • this air reserve will relax, protecting thermally, by the development of a cold boundary layer, the upper crown of the piston and the lower face of the sole 113 of the intake valve 107.

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Abstract

Les moyens générateurs de haute pression de combustible comportent un piston de compression différentiel (34) constituant l'injecteur (4) et actionné directement par la pression du fluide moteur dans la chambre de travail (2) pour générer une haute pression de combustible dans une première cavité (17) de l'injecteur (10), des moyens de commande (33) commandant cycliquement l'ouverture et la fermeture de l'aiguille (6) de l'injecteur de façon indépendante de la haute pression de combustible. Le moteur comporte avantageusement deux soupapes d'admission et d'échappement de forme cylindrique et d'axes confondus coulissant l'une dans l'autre, autour dudit injecteur (4).

Description

Dispositif d'injection de combustible liquide pour moteur Diesel, et moteur Diesel comprenant ce dispositif.
La présente invention a trait à un dispositif d'injection de combustible liquide pour les moteurs Diesel, c'est-à-dire les moteurs à combustion interne à chambre de travail de volume variable et allumage par compression, qu'ils soient à deux ou à quatre temps.
On sait que la qualité de l'injection du combustible, dans les moteurs Diesel, est l'un des éléments déterminants de la qualité de la combustion et, partant, de l'amélioration des rendements, de la diminution des polluants à l'échappement et de la longévité des moteurs. Pour cela, la pression d'injection doit être très élevée, proportionnée autant que possible à la pression, variable, dans la chambre, avec une ouverture franche de 1 ' injecteur en début d'injection et, au contraire, une fermeture douce en fin d' injection.
Les hautes pressions d'injection sont désirables car elles améliorent la pulvérisation du combustible injecté par le ou les orifices d'injection et, par conséquent, la qualité de la combustion. L'injection à très haute pression pose cependant des problèmes mécaniques importants, absorbe une puissance non négligeable et exige une bonne conception du dispositif afin de réduire les jeux, les volumes et les distances du trajet du combustible dont la σompressibi1ité entraîne également des difficultés. L'obtention d'une pression d'injection, autant que possible, proportionnée à la pression des gaz dans la chambre pendant la partie du cycle où se déroule l'injection, est destinée à assurer une certaine constance des caractéristiques physiques de l'injection et à éviter que la différence entre la pression d'injection, en amont de l'orifice d'injection, et la pression dans la chambre, en aval de l'orifice d'injection, ne devienne trop faible, provoquant alors la formation de grosses gouttes de carburant ou même de jets liquides, provoquant une pénétration excessive de combustible liquide dans la chambre avec le risque d'un impact sur la paroi froide, entraînant une combustion de mauvaise qualité et par conséquent l'émission de fumées, d' imbrûlés et de substances polluantes. Dans la pratique, l'obtention d'une bonne proportionnalité est particulièrement difficile, les moteurs Diesel dits "à haute pression moyenne effective" pouvant avoir des pressions maximales variant dans un rapport de 1 à 10 selon les régimes.
L'obtention d'une ouverture franche de l'aiguille en début d'injection empêche le laminage, et donc l'injection sous basse pression, aux premiers instants de la levée de l'aiguille de l'injecteur. La fermeture douce, c'est-à-dire à vitesse d'impact limitée contre son siège de l'aiguille est destinée, quant à elle, à éviter les rebonds et donc les irrégularités de fermeture, et à préserver la durée de vie de l'aiguille et de son siège d' étanchéité. En outre, pendant cette fermeture douce, la pression doit rester élevée pour éviter le larmoiement formant des gouttes dans les derniers instants de l'injection. On sait d'ailleurs qu'il n'est pas facile de réaliser un dispositif d'injection ayant à la fois une ouverture franche et une fermeture douce.
Les solutions techniques connues cherchant à résoudre ces divers problèmes peuvent se répartir en deux catégories. La première, la plus répandue, consiste à utiliser un dispositif d'injection de "type Bosch" avec une pompe d'injection et un distributeur. Typiquement un tel dispositif comporte un arbre à cames actionnant un piston de pompe ayant deux sorties,, l'une vers le corps d'injecteur avec son aiguille, l'autre constituant un orifice de décharge obturable par un distributeur. Le piston de pompe comprime le combustible, lorsque l'orifice de décharge est obturé par le distributeur, de sorte que, lorsque la pression du combustible dépasse la pression d'ouverture de l'aiguille de l'injecteur, normalement rappelée en position de fermeture par un ressort, l'aiguille se soulève jusqu'à sa butée et l'injection se produit. Lorque l'orifice de décharge est découvert par le distributeur, la pression d'injection s'effondre et l'aiguille amorce une fermeture brutale, nuisible pour le siège d'étanchéité de l'aiguille. On peut essayer de concevoir un distributeur provoquant une diminution beaucoup plus progressive de la pression en fin d'injection, mais les dernières gouttes de combustible se trouvent alors injectées à faible pression, avec formation de gouttes de faible vitesse, absence de pulvérisation et, par conséquent, mauvaise combustion et émission de fumées. En outre, ce type de dispositif d'injection, robuste mais cher, est très difficile à mettre en oeuvre pour des pressions d'injection très élevées, par exemple supérieures à 1 500 bars. La deuxième solution utilise un accumulateur alimenté par une pompe haute pression et communiquant en permanence avec la cavité normalement séparée de la buse d'injection par la face inférieure de l'aiguille de l'injecteur appliquée sur son siège, l'autre face, opposée, de l'aiguille pouvant être mise alternativement en communication avec l'accumulateur et avec la décharge, par le biais d'un distributeur. En position de fermeture, la face supérieure et la partie périphérique de la face inférieure de l'aiguille se trouvent à la même pression, à savoir celle de l'accumulateur, et l'aiguille est alors plaquée sur son siège. En position d'ouverture, la face supérieure de l'aiguille est mise à la décharge, de sorte que le déséquilibre des pressions provoque une ouverture rapide de l'aiguille, jusqu'à sa butée en position soulevée. A la fermeture, cette face supérieure de l'aiguille est remise à la même pression que celle qui s'exerce sur la face inférieure, de sorte que l'aiguille n'est soumise qu'à la seule force de rappel du ressort. Cette solution présente des avantages car la force du ressort peut être dosée pour provoquer la fermeture douce de l'aiguille, alors que la pression d'injection reste élevée jusqu'aux derniers instants de l'injection. Cette solution n'est cependant pas exempte d'inconvénients ; outre le fait qu'elle est coûteuse, car elle nécessite une pompe à haute pression, le maintien du combustible stocké à haute pression dans l'accumulateur peut entraîner un déversement de combustible dans le moteur à l'arrêt, si le siège d'aiguille n'est pas parfaitement étanche, ainsi que des risques de fuite dans le circuit soumis constamment à la haute pression, sans parler du danger de stocker, en permanence, du combustible sous une forte pression.
En outre ce système présente un grand risque dans le cas des moteurs à plusieurs chambres de travail. Si une aiguille d' injecteur n'est plus étanche, le moteur continue de fonctionner avec les autres cylindres et l'accumulateur alimenté par la pompe haute pression se vide dans le cylindre défectueux, avec le risque de destruction de celui-ci par surchauffe.
On a déjà pensé, dans le brevet GB-A-1 567 946, à utiliser la pression régnant dans la chambre de combustion pour mettre sous pression, grâce à un piston différentiel, le combustible liquide, et provoquer l'injection lorsque cette pression du combustible a atteint une valeur telle qu'elle provoque le soulèvement de l'aiguille de l'injecteur à l'encontre du ressort de rappel d'aiguille. A cette fin l'injecteur, qui est relié à des moyens générateurs de basse pression de combustible, est réalisé sous forme d'un ensemble comprenant, dans un corps fixe, un piston différentiel mobile présentant une première face dans la chambre de combustion du moteur, avec, en son centre, la buse d'injection fermée par l'aiguille d' injecteur, et une deuxième face de piston, de petit diamètre, susceptible de se déplacer dans une chambre de mise sous pression de combustible reliée aux moyens générateurs de basse pression par une valve de communication à sens unique, de sorte que, lorsque la pression dans la chambre de combustion fait reculer cet ensemble mobile à 1 'encontre d'un ressort de rappel, le mouvement de la petite face du piston accroisse la pression de combustible, ce qui provoque l'ouverture de l'aiguille et l'injection du combustible, l'ensemble mobile comprenant encore une autre face de piston, opposée à ladite première face en relation avec la chambre de combustion, et se déplaçant dans un volume également relié aux moyens générateurs de basse pression par l'intermédiaire d'une valve d'aspiration uni-directionnelle et, à la bâche par une valve de commande, l'ouverture, respectivement la fermeture, de la valve de commande autorisant le mouvement de recul, respectivement empêchant ce mouvement de l'ensemble mobile, et par conséquent l'accroissement de la pression dans la chambre dans laquelle se déplace la section de petit diamètre du piston différentiel .
Un tel dispositif peut être utile pour l'injection de combustile dans des chambres de combustion dans lesquelles les variations de pression sont relativement faibles voire inexistantes et où la place disponible, dans la paroi de la chambre de combustion, pour le logement de l'injecteur et notamment de ladite première face, de grande section, du piston différentiel, présentant la buse d'injection en son centre, est largement suffisante, telles que des chambres de combustion de turbines à gaz ou de brûleurs.
En effet avec ce dispositif de commande, la mise sous pression du combustible dans l'injecteur ne peut commencer qu'après l'ouverture du clapet de commande. L'ouverture de l'aiguille dépend donc du niveau de pression régnant dans la chambre de combustion et se produira dès que la force du ressort de rappel de l'aiguille aura été surmontée par la force résultant de l'application de la pression de combustible sur la surface différentielle de 1 'aiguille. Selon que la pression dans la chambre de combustion est élevée (moteur à pleine charge) ou faible (moteur à faible charge) l'instant d'ouverture de l'aiguille variera fortement dans le cycle pour une même position de l'ordre d'ouverture du clapet de commande. Par ailleurs l'implantation d'un injecteur de ce type dans un ciel de culasse de moteur alternatif cyclique serait très problématique étant donné le peu de place laissé libre par les soupapes dudit moteur.,
Effectivement le brevet GB-A-481 786 montre que dans le cas de moteur à injection du type à deux ou quatre temps à allumage par compression la place disponible dans le ciel de culasse, compte-tenu de la place nécessitée par les soupapes d'admission et d'échappement, ne permet que de loger un injecteur fixe, de petit diamètre. Le piston différentiel, qui alimente l'injecteur sous une pression élevée, compatible avec des pressions élevées dans la chambre de combustion, grâce à une commande entièrement électromagnétique de l'aiguille d'injection, est donc éloigné de la chambre de combustion, et relié à celle-ci par un conduit étroit permettant d'amener la pression de la chambre de combustion à la face active du piston. Une telle solution est cependant peu pratique car ce conduit retarde la communication, et est sujet à l'encrassement et à des phénomènes de résonance aux grandes vitesses. La solution consistant à miniaturiser au maximum l'injecteur n'est pas non plus utilisable car, pour avoir un débit d'injection suffisant, il faudrait alors prévoir de grandes courses du piston différentiel et donc une modification sensible et défavorable de la géométrie de la chambre de combustion.
La présente invention a pour but de fournir un nouveau dispositif d'injection pour moteur Diesel qui présente tous les avantages des solutions classiques tout en éliminant leurs inconvénients. L'invention a pour objet un dispositif d'injection de combustible liquide dans la chambre de travail de volume variable d'un moteur à combustion interne cyclique, notamment à allumage par compression, qui comporte :
- un injecteur, susceptible d'injecter dans la chambre de travail le combustible liquide, et présentant une buse communiquant avec ladite chambre de travail, une première cavité communiquant avec ladite buse, et un moyen obturateur susceptible d'interrompre et d'établir la communication entre ladite première cavité et ladite buse, - des moyens générateurs de haute pression de combustible débouchant, de préférence en permanence, dans ladite première cavité, lesdits moyens générateurs de haute pression de combustible étant constitués par ledit injecteur, mobile par rapport à la culasse fermant la chambre de travail, et comprenant
. un piston différentiel de pompe, de forme de révolution, qui coulisse axialement dans un logement cylindrique solidaire de ladite culasse et qui comporte deux cylindres étages d'axes parallèles et de préférence confondus, le premier cylindre étant en permance ouvert sur la totalité de sa partie inférieure, vers la chambre de travail, le second cylindre ayant une section transversale inférieure à celle du premier cylindre,
. le susdit piston différentiel de pompe 5 coulissant axialement dans ledit logement à deux cylindres étages, étant appliqué contre une butée axiale solidaire de la culasse par des moyens de rappel élastique dont la force s'excerce en direction de la chambre de travail et dont l'amplitude est suffisante pour maintenir cet appui lorsque 10 le moteur est au repos ou lorsqu'il est en fonctionnement et que le volume de la chambre de travail est maximal,
. la face inférieure du piston différentiel coulissant dans le premier cylindre étant exposée en permanence à l'action du fluide moteur enfermé dans la 15 chambre de travail de volume variable,
- la face supérieure du piston de petite section transversale du piston différentiel coulissant dans le second cylindre de façon à délimiter une seconde cavité qui communique d'une part et par l'intermédiaire d'un premier
20 conduit, avec la susdite première cavité, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un clapet d'aspiration, avec une source d'alimentation en combustible liquide sous basse pression.
- des moyens générateurs de basse pression, reliés à une source de combustible liquide, pour alimenter les susdits
25 moyens générateurs de haute pression de combustible,
- et des moyens de commande pour 1 'actionnement dudit moyen obturateur, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont agencés pour commander cycliquement l'ouverture et la
-30 fermeture dudit moyen obturateur de façon indépendante de ladite haute pression de combustible et donc de la pression régnant dans la chambre de combustion, et en ce que ledit piston différentiel est librement déplaçable sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de travail quelle que soit la position desdits moyens de commande de manière que ladite face supérieure de petite section du piston différentiel transmette constamment la pression régnant dans la chambre de combustion multipliée par le rapport des sections du piston différentiel au combustible liquide dans ladite seconde cavité.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant :
- la pression du fluide moteur enfermé dans la chambre de travail de volume variable, et qui croît lorsque le volume de la chambre diminue pour atteindre son volume minimal (point mort haut PMH) met sous haute pression le combustible qui se trouve dans la cavité de l'injecteur ;
- au moment où l'injection doit commencer, les moyens de commande provoquent une ouverture rapide du moyen obturateur et le combustible est injecté dans la chambre de travail ;
- la pression d'injection peut facilement être réglée pour excéder largement, et à tout moment, la pression dans la chambre de travail, sous forme d'une surpression proportionnelle à la pression dans la chambre de travail ; - à la fin de la période d' injection, les moyens de commande provoquent la fermeture douce du moyen obturateur alors que la pression d'injection reste toujours élevée, évitant la formation de gouttes génératrices de fumées ;
- après l'injection et la combustion, lorsque la pression du fluide moteur dans la chambre de travail a suffisamment baissé pour permettre le rappel des susdits moyens générateurs de haute pression, le volume de combustible dans les moyens générateurs de haute pression est mis en relation avec les moyens d'alimentation sous basse pression, permettant le renouvellement du combustible.
Il est ainsi possible, grâce à l'invention, de mettre en place un tel injecteur mobile dans la culasse d'un moteur cyclique, par exemple à deux temps, dans un emplacement de faible surface laissée libre, dans le ciel de culasse, par les soupapes d'admission et de refoulement.
Cependant, compte tenu des dimensions radiales nécessitées par la face active du piston différentiel qui forme le corps de l'injecteur, et qui doit être en relation directe avec la chambre de travail, il peut devenir difficile ou impossible de disposer l'injecteur dans la culasse de tels moteurs.
En conséquence, et selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré et perfectionné de l'invention, les soupapes d'admission et d'échappement sont de forme de révolution et d'axes confondus, et de préférence confondus avec l'axe de la paroi cylindrique formant la chambre de travail et montées coaxialement autour d'un moyeu central porté par la culasse et dans lequel est disposé ledit injecteur coulissant. Le susdit moyeu peut présenter une partie fixe dans lequel est formé le susdit logement cylindrique solidaire de la culasse et comportant les cylindres étages d'axes parallèles dans lesquels se déplace le piston différentiel de l'injecteur. Cependant, dans une autre forme de réalisation, la soupape cylindrique la plus centrale peut, par sa surface cylindrique intérieure, former au moins la partie de plus grand diamètre dudit logement cylindrique, dans laquelle se déplace la partie de plus grand diamètre du susdit piston différentiel dont la face intérieure est ouverte sur la chambre de travail. On obtient ainsi une disposition particulièrement compacte.
De plus, grâce aux perfectionnements selon l'invention, la buse de l'injecteur peut être située sur l'axe de symétrie commun de l'ensemble des pièces mobiles de révolution à savoir soupapes et injecteur.
Les composants mécaniquement mobiles des moyens générateurs de haute pression peuvent, dans la pratique, avoir une inertie assez importante, de sorte qu'au moment où les moyens de commande provoquent l'ouverture très rapide du moyen obturateur, il peut se produire une chute momentanée de la haute pression pendant la toute première partie de l'injection, jusqu'au moment où les moyens générateurs de haute pression ont recomprimé le combustible sous l'effet de la pression élevée régnant dans la chambre de travail à volume variable pendant l'injection, de sorte que la qualité de l'injection peut être défectueuse pendant un court moment.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, remédiant à cet inconvénient, on peut interposer un accumulateur de pression, d'un volume suffisant, dans le conduit entre lesdits moyens générateurs de haute pression et ladite première cavité, avec, de préférence, un clapet de refoulement interposé entre lesdits moyens générateurs de haute pression et ledit accumulateur.
Les moyens de rappel élastique peuvent comporter un ou des ressorts de rappel ; cependant on préfère qu'ils comportent un fluide sous pression, et notamment le combustible lui-même sous la basse pression générée par les susdits moyens générateurs de basse pression, agissant sur la face supérieure du susdit piston de petite section transversale, et, de préférence également, sur une face supérieure du piston de grande section transversale délimitant, avec le logement de celui-ci, une troisième cavité communiquant en permanence avec lesdits moyens générateurs de basse pression. Dans une telle forme de réalisation, la force exercée par les moyens de rappel des moyens générateurs de haute pression, est indépendante de la valeur de la pression existant dans la chambre de travail à volume variable pendant la phase du cycle où le mouvement de rappel doit avoir lieu. Cette forme de réalisation est convenable pour des moteurs à rapport volumétrique élevé et à pression de suralimentation faible, ou non suralimentés. En effet la force de rappel peut être réglée à un niveau assez faible, mais suffisant pour assurer le rappel en toute circonstance au voisinage du point mort bas, tout en étant incapable de s'opposer à 1 'actionnement des susdits moyens de génération de haute pression lorsque la pression dans la chambre de travail augmente, quand on s'approche du point mort haut.
En revanche, dans le cas de moteurs à faible rapport volumétrique et à pression de suralimentation élevée, lorsque le moteur tourne à pleine puissance, la force de rappel nécessaire pour rappeler les moyens d'établissement de haute pression tels que le piston différentiel, sera trop élevée pour permettre 1 'actionnement des susdits moyens au démarrage ou au ralenti. En conséquence, selon une forme de réalisation perfectionnée, et particulièrement préférée, de l'invention, le dispositif d'injection de combustible liquide peut comporter des moyens de modulation de la force de rappel des moyens générateurs de haute pression de combustible, en fonction de la valeur de la pression dans la chambre de travai 1.
De préférence, ces moyens peuvent comporter un accumulateur de pression dédié exclusivement à l'injecteur en question et agencé de façon que la pression élevée générée par les moyens d'établissement de haute pression et régnant dans l'accumulateur, entraîne le rappel des moyens générateurs de haute pression en position initiale.
Cet accumulateur peut également servir, comme mentionné ci-dessus, à éviter une chute passagère de pression d'injection de combustible, lors de l'ouverture brutale des moyens obturateurs de l'injecteur.
Dans la forme de réalisation comprenant un piston différentiel, celui-ci peut comporter un troisième piston, solidaire des deux premiers et délimitant une quatrième cavité communiquant en permanence avec l'accumulateur.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de ce perfectionnement, le piston différentiel peut être agencé pour être sensible, à la fois, et séparément, à la pression de l'accumulateur dans la susdite quatrième cavité et à la basse pression des moyens d'alimentation en combustible liquide dans la susdite troisième cavité de sorte que le rappel en position initiale desdits moyens générateurs de haute pression sera assuré également dans la phase de démarrage, dans laquelle une pression élevée ne règne pas encore dans l'accumulateur et la forte pression de suralimentation n'a pas encore été établie.
Les moyens obturateurs de l'injecteur, sont commandés cycliquement, de façon indépendante de la pression générée par les susdits moyens générateurs de haute pression de combustible, en réponse à des ordres donnés en synchronisme avec le mouvement de rotation du moteur, pour provoquer l'ouverture ou la fermeture des susdits moyens obturateurs de l'injecteur. Ces moyens obturateurs, qui peuvent comporter, par exemple, une aiguille classique d'obturation d'un injecteur, peuvent être des moyens électromagnétiques ou mécaniques mais on préfère qu'ils soient de nature hydraulique.
Dans une telle disposition, extrêmement compacte et simplifiée, l'injecteur peut facilement être disposé pour apparaître, par sa face active, dans la chambre de combustion à volume variable, à l'emplacement convenant le mieux pour une localisation spatiale de l'injection assurant la meilleure combustion. De préférence, le susdit moyen obturateur de l'injecteur comprend une aiguille mobile pouvant coulisser axialement dans ledit corps d' injecteur,
- ladite aiguille, de forme de révolution, comportant un piston cylindrique dans sa partie supérieure, et une portée conique dans sa partie inférieure,
- ledit corps comportant un évidement interne délimité par un alésage cylindrique, dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre extérieur du susdit piston d'aiguille, et, dans sa partie inférieure, par un siège conique coaxial audit alésage cylindrique, siège prolongé par une cavité de révolution fermée vers le bas, la paroi de cette cavité constituant la susdite buse d'injection percée d'au moins un orifice d'injection débouchant dans ladite chambre de travail, - ladite aiguille, lorsque sa portée conique est en appui, grâce à des moyens de rappel élastique, sur le siège conique de l'injecteur - siège dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre du piston d'aiguille - séparant ledit évidement en trois cavités, à savoir : . la susdite première cavité, située au regard de la face inférieure de l'aiguille et délimitée par les parois latérales de 1 'évidement, et la surface de l'aiguille située au dessus de sa portée conique coopérant avec le siège conique de l'injecteur, . une cinquième cavité située au-dessus de la face supérieure de l'aiguille,
. une sixième cavité, généralement appelée "sac" et de volume minimal, située en-dessous de la portée conique de l'aiguille et délimitée par les parois intérieures de la susdite buse d' injecteur, et qui communique donc en permanence avec la chambre de travail du moteur par l'intermédiaire des orifices d'injection.
Les susdits moyens de commande cyclique du moyen obturateur de l'injecteur peuvent être constitués par un distributeur à trois voies et à deux positions qui, dans l'une de ces deux positions, fait communiquer la première cavité avec la cinquième cavité de façon à forcer l'aiguille en appui sur son siège conique, et dans l'autre position, fait communiquer cette cinquième cavité avec les susdits moyens d'alimentation en combustible liquide sous basse pression de façon à permettre à l'aiguille de se soulever de son siège conique.
On observera pour les moteurs à plusieurs chambres de travail, que chaque injecteur étant pourvu d'un accumulateur individuel de petites dimensions, le moteur se trouve protégé du risque majeur des dispositifs d'injection à accumulateur entraînant la destruction de la chambre de travail par surchauffe en cas de défaut d'étanchéité de l'aiguille d' injecteur. En effet sur ces dispositifs où l'accumulateur est commun à l'ensemble des injecteurs et est alimenté par une pompe haute pression, il y a risque de fuite permanente de combustible dans le cylindre correspondant à l'injecteur défectueux. Au contraire, avec le dispositif selon l'invention, si l'aiguille n'est plus étanche, l'accumulateur individuel correspondant se décomprimera très rapidement à travers la fuite du volume correspondant à sa compressibi1ité. Dès que la pression dans l'accumulateur concerné devient insuffisante le rappel de l'injecteur ne sera plus assuré et l'injecteur défectueux cessera de débiter.
L'invention concerne également les moteurs incorporant le dispositif selon l'invention.
Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, l'invention a pour objet un moteur à combustion
- à au moins une chambre de travail de volume variable délimitée par une paroi cylindrique dans laquelle coulisse un piston, la face supérieure mobile dudit piston et une culasse fixe, - qui comporte un tel dispositif mobile d'injection de combustible liquide pulvérisé sous haute pression dans ladite chambre de travail,
- fonctionnant selon le cycle à deux temps, avec un système de balayage en boucle à travers la culasse, contrôlé par au moins une soupape d'admission coopérant avec un siège, de préférence conique, de manière à faire communiquer cycl iquement la chambre de travail avec une cavité d'admission communiquant avec les moyens d'alimentation en air frais du moteur, et au moins une soupape d'échappement coopérant avec un siège, de préférence conique, de manière à faire communiquer cycl iquement la chambre de travail avec une cavité d'échappement communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion du moteur,
- lesdites soupapes d'admission et d'échappement étant de forme de révolution et d'axes confondus, et de préférence confondus avec l'axe de la susdite paroi cylindrique, et montées coaxialement de telle façon que la soupape d'admission soit située à l'extérieur de la soupape d' échappement,
- le susdit siège de la soupape d'admission étant solidaire de la culasse, et orienté de manière que la pression du fluide moteur contenu dans la chambre de travail exerce une force qui tend à appuyer ladite soupape sur son siège, et étant situé au voisinage immédiat de la périphérie de la partie supérieure de la susdite paroi cylindrique dans laquelle coulisse le piston, et en contact avec la culasse,
- des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer ladite soupape d'admission contre le susdit siège conique solidaire de la culasse, - et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'admission et dirigée vers le piston et s'appliquant sur ladite soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-ci de son siège, permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la cavité d'admission communiquant avec les susdits moyens d'alimentation en air frais du moteur,
- des moyens inducteurs de rotation étant interposés entre cette cavité d'admission et ledit siège de la soupape d'admission de façon à provoquer un mouvement de rotation d'ensemble, d'axe sensiblement confondu avec l'axe de la susdite paroi cylindrique, de l'air introduit dans la chambre de travail pendant le balayage du moteur, la soupape d'échappement étant de forme de révolution et comportant une partie inférieure de forme tubulaire dont la paroi intérieure coulisse, de façon étanche grâce à des moyens d'étanchéité, autour d'un moyeu central, comportant l'injecteur, porté par la culasse, et dont la partie inférieure présente une portée coaxiale à ladite partie tubulaire, de façon à pouvoir coopérer avec un siège, de préférence conique, aménagé à 1 ' intérieur de la partie inférieure de la susdite soupape d'admission, permettant ainsi de faire communiquer la susdite cavité d'échappement avec la chambre de travail grâce à l'espace annulaire délimité radialement par la paroi intérieure de la soupape d'admission et par la paroi extérieure de la soupape d'échappement,
- des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer la susdite portée de la partie inférieure tubulaire de ladite soupape d'échappement contre le siège aménagé à la partie inférieure de la paroi intérieure de ladite soupape d ' admi s s i on ,
- et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'échappement et dirigée vers la culasse à l'opposé du piston et s'appliquant sur ladite
5 soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle- ci de son siège conique, permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la susdite cavité d'échappement communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion dudit moteur. 10 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un •^5 dispositif selon l'invention selon une forme de réalisation ;
- les figures 2 à 7 représentent diverses phases du fonctionnement du dispositif selon la figure 1 ;
- la figure 8 représente une vue schématique d'une forme de réalisation avec l'accumulateur de pression ;
2o ~ la figure 9 représente une forme de réalisation du dispositif selon la figure 10.
On se réfère à la figure 1.
Le dispositif d'injection (1) de combustible liquide pulvérisé sous pression dans la chambre de combustion 5 (2), délimitée par le cylindre (2a), le piston (2b) et la culasse (3) du moteur à combustion interne à allumage par compression, est logé dans la culasse (3) dudit moteur.
Ce dispositif (1) comporte un injecteur (4) composé d'une buse (5) et d'une aiguille mobile (6). L'aiguille (6) 0 comporte un piston cylindrique (7) et une portée conique (8). La buse (5) comporte un évidement (9) délimité par un alésage cylindrique (10) de diamètre intérieur au moins égal au diamètre extérieur du piston d'aiguille (7), et dans sa partie inférieure un siège conique (11) dont le diamètre maximal (12) est inférieur au diamètre de l'alésage cylindrique (10), lequel siège conique (11) est prolongé par une paroi de révolution (13) fermée vers le bas et percée par au moins un orifice d'injection (14) qui débouche dans la chambre de combustion (2). L'aiguille (6) est appliquée sur son siège conique (11) par des moyens de rappel élastique (15) .
L'aiguille (6), lorsqu'elle est en appui sur son siège, sépare ledit évidement (9) en trois cavités :
- une première cavité (17) située au-dessous de la face inférieure de l'aiguille (6) et délimitée par les parois latérales de 1 'évidement 9 et la surface de l'aiguille située au dessus de sa portée conique (8) ;
- une cavité (16), dite cinquième cavité et située au-dessus de la face supérieure de l'aiguille ; - une cavité (18), dite sixième cavité et appelée
"sac", de petit volume, et qui communique en permanence avec la chambre de combustion (2) par l'intermédiaire des orifices d' injection ( 14) .
Le dispositif d'injection (1) comporte des moyens générateurs de haute pression (19) alimentés par des moyens d'alimentation de combustible sous basse pression (20).
Les moyens générateurs de haute pression (19) sont constitués :
- par un piston différentiel formant le corps (34) de l'injecteur, qui coulisse axialement dans un logement cylindrique solidaire de la culasse (3) qui comporte un premier cylindre (36) ouvert, dans sa partie inférieure, vers la chambre (2) et un second cylindre (38) borgne et de diamètre inférieur à celui du premier cylindre (36) ;
- ce piston différentiel (34) est appliqué contre une butée axiale (39) solidaire de la culasse (3) par des moyens de rappel, qui peuvent consister en un ressort de rappel, mais qui, de préférence, sont formés par les moyens d'établissement de basse pression dont la force s'exerce en direction de la chambre de combustion (2) ;
- le piston différentiel (34) présente un premier piston (35) dont la face inférieure (27) est exposée en permanence à l'action des gaz contenu dans la chambre de combustion (2), et qui coulisse dans le premier cylindre (36), et un second piston (37), solidaire du premier, dont le diamètre extérieur est au plus égal au diamètre intérieur du second cylindre (38) ;
- la face supérieure (29) du second piston (37) délimite une deuxième cavité (40) qui communique, • d'une part, en permanence, par l'intermédiaire d'un premier conduit (42, 42a, 43) avec la première cavité
(17) ;
. d'autre part, par l'intermédiaire d'un clapet d'aspiration (32), avec les moyens d'alimentation en combustible sous basse pression (20) comportant une pompe basse pression (20a).
Le dispositif d'injection (1) comporte des moyens de commande cyclique (33) de l'ouverture et de la fermeture de l'aiguille. Ces moyens de commande cyclique (33) de l'ouverture et de la fermeture de l'aiguille, peuvent être avantageusement de nature hydraulique et constitués d'un distributeur à trois voies et deux positions qui, dans une des deux positions, fait communiquer la cinquième cavité (16) avec la première cavité (17) de façon à forcer l'appui de l'aiguille (6) sur son siège conique (11), et dans l'autre position, fait communiquer cette cinquième cavité (16) par l'intermédiaire du conduit (45) la reliant au distributeur (33) avec les moyens d'alimentation de combustible sous basse pression (20) .
Par ailleurs le susdit piston différentiel (34) délimite, avec les logements cylindriques (36 et 38), outre la susdite cavité (40), une troisième cavité (41), dans laquelle on loge, de préférence, un faible ressort de rappel (non représenté) pour rappeler et appliquer l'ensemble coulissant (34) contre la butée axiale (39) à l'arrêt du moteur.
Cette troisième cavité (41) est reliée à la pompe basse pression (20a) et, à travers un étranglement (20b), aux moyens d'alimentation à basse pression (20), lesquels collectent également, par un conduit (44), une gorge de recueil de fuites permettant également la lubrification de l'ensemble coulissant (34).
Le fonctionnement est le suivant : - au repos du moteur ou en fonctionnement, alors que le piston (2b) du moteur est au voisinage du Point Mort Bas, la pression d'alimentation basse pression de combustible régnant dans la troisième cavité (41) est suffisamment élevée pour ramener l'ensemble du piston différentiel (34) en appui sur sa butée axiale (39), - le distributeur (33) est désactivé et fait communiquer la cinquième cavité (16) et la première cavité (17), en amont du siège conique (11) ce qui force l'aiguille sur son siège, - le ressort de rappel (15) de l'aiguille (6) applique l'aiguille sur son siège,
- l'ensemble du circuit hydraulique est à la pression des moyens d'alimentation basse pression, grâce à l'ouverture du clapet anti-retour (32). Cet état est représenté sur la figure 2.
Lors de la compression du moteur,
- la course de compression du piston (2b) élève la pression dans la chambre de combustion (2),
- le distributeur (33) est désactivé et les deux faces de l'aiguille (6) sont à la même pression, régnant dans les deux cavités (16,17), mais l'effet différentiel du siège de l'aiguille renforce l'appui de l'aiguille (6) sur son siège 11,
- l'ensemble différentiel piston injecteur (34), sollicité par la pression dans la chambre de combustion, comprime le combustible dans les chambres (40,16, 17),
- le clapet anti-retour (32) se referme et provoque le blocage hydrostatique du piston différentiel formé par 1 'ensemble (34) , - la deuxième cavité (40) ainsi que les cavités 16,
17 sont mises sous tension à une pression proportionnelle à la pression régnant dans la chambre :
Pi = « Pch - («-D Pbp Pi : Pression dans l'injecteur Pch : Pression dans la chambre Pbp : Pression d'alimentation basse pression oc = Sinj Spp Sinj : Section transversale extérieure de la buse d' injecteur (premier piston)
Spp : Section transversale du piston (second piston) .
Cet état est représenté à la figure 3.
Le piston (2b) du moteur allant atteindre la position dans laquelle on souhaite procéder à l'injection,
- le distributeur (33) est activé (figure 4) par ses moyens de commande (non représentés),
- la face supérieure de l'aiguille 6 est donc déchargée, la cinquième cavité (16) communiquant avec la basse pression,
- la pression d'injection s'applique sur la face inférieure de l'aiguille (6). Celle-ci est soulevée jusqu'à venir en butée.
A ce moment, l'injection commence car, - le distributeur (33) reste activé,
- l'aiguille (6) est ouverte, en appui sur sa butée arrière,
- l'ensemble (34) est hydrostatiquement débloqué et s'enfonce sous l'action de la pression des gaz dans la chambre de combustion (2) au fur et à mesure de l'injection du combustible dans la chambre (2) à travers les orifices d'injection (14), comme représenté sur la figure 5.
A la fin de l'injection, le distributeur (33) est désactivé par ses moyens de commande (figure 6). Les deux faces de l'aiguille (6) sont alors soumises à nouveau à la même pression (la pression d'injection). Le ressort d'aiguille (15), pré-comprimé, ramène l'aiguille sur son siège ( 11) .
On notera qu'alors que l'ouverture de l'aiguille est contrôlée par la pression d'injection, la fermeture est contrôlée par le ressort (15) d'aiguille. On peut dimensionner ce ressort pour que la retombée de l'aiguille sur son siège soit douce c'est-à-dire à vitesse d'impact sur son siège limitée. Néanmoins pendant la retombée de l'aiguille, la pression d'injection demeure élevée. Lors de la décompression du moteur, lorsque la pression dans la chambre de combustion, du fait de la course descendante du piston (2b), tombe en-dessous de la valeur qui contrebalance la pression de rappel hydraulique de l'ensemble différentiel (34), cet ensemble est ramené sur sa butée axiale solidaire de la culasse 3 par la basse pression établie dans la troisième cavité (41) (figure 7).
Pendant la descente, la dépression créée dans la deuxième cavité (40) rouvre le clapet anti-retour (32) et les moyens d'alimentation en combustible basse pression (20) remplissent la cavité (40) pour le cycle suivant.
Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne parfaitement dans le cas de moteurs faiblement suralimentés et à rapport volumétrique (taux de compression) élevé. En effet la pression du fluide moteur, au voisinage du point mort haut est, à tous les régimes, nettement supérieure à la pression de suralimentation au voisinage du point mort bas.
On se réfère à la figure 8 sur laquelle on a séparé graphiquement le piston différentiel et la buse de l'aiguille d' injecteur, pour faciliter l'exposé. La forme de réalisation perfectionnée de l'invention, représentée sur la figure 8, permet de moduler la force de rappel de l'organe différentiel des moyens générateurs de haute pression en fonction de la pression dans la chambre de travail, d'une façon assurant le rappel dans tous les cas de régime du moteur, même dans le cas d'un moteur fortement suralimenté et à faible rapport volumétrique, dans lequel la pression du fluide moteur suralimenté, au point mort bas, en régime permanent, peut excéder la pression du fluide moteur comprimé au point mort haut, par exemple au démarrage, de sorte que la force de rappel des moyens générateurs de haute pression de combustible, si elle est suffisante pour assurer le rappel en régime permanent, empêcherait 1 'actionnement desdits moyens au démarrage. Ces perfectionnements permettent également d'éviter une chute momentanée de la pression d'injection, au moment de la levée brusque de l'aiguille de l'injecteur, malgré l'inertie de l'ensemble différentiel mobile.
Dans cette forme de réalisation les moyens générateurs de haute pression comportent un piston différentiel (47) coulissant dans la culasse (3). Ce piston différentiel comporte trois étages,
- le premier étage forme un premier piston (48), de diamètre le plus élevé, dont la face inférieure, (49), est constamment exposée à la pression régnant dans la chambre de travail (2), ce premier piston coulissant dans un cylindre (50) dans lequel est disposé un faible ressort de rappel (51), destiné à ramener le piston en position de rappel contre une butée axiale (52) lorsque le moteur est à l'arrêt. Le cylindre (50) et le premier piston (48) délimitent la susdite troisième cavité dans laquelle sont collectées les fuites de combustible pour les ramener aux moyens d'alimentation à basse pression (20) ;
- un deuxième piston, (53), de diamètre intermédiaire, coulisse dans un cylindre de diamètre intermédiaire délimitant une chambre (54) formant la susdite deuxième cavité qui communique, à travers un clapet d'aspiration (55), avec les moyens d'alimentation à basse pression (20) et à travers un clapet de refoulement (59) avec un accumulateur (58) ; - le troisième piston, (56), dont la section est également plus faible que celle du premier piston, coulisse dans un cylindre, de faible diamètre correspondant formant la susdite quatrième cavité qui communique avec un accumulateur de pression (58) ; l'accumulateur de pression (58) est en communication directe, par un conduit (60), avec la susdite première cavité (17) de l'injecteur (4) munie d'une aiguille (6) dont les moyens d'ouverture et de fermeture n'ont pas été autrement représentés.
Le fonctionnement de ce dispositif va maintenant être décrit dans deux exemples, le premier ayant trait au cas d'un moteur faiblement suralimenté, à rapport volumétrique de compression élevé, et le second au cas d'un moteur fortement suralimenté, à rapport volumétrique de compression faible, chacun des exemples étant illustré à l'aide d'une hypothèse dimensionnel le fréquemment rencontrée dans le type de moteur considéré. I - Cas du moteur faiblement suralimenté à rapport volumétrique de compression élevé- Hypothèses : - section transversale de la face (49) du premier p i s ton ( 48 ) : S ^^ = 10
- section transversale différentielle du second piston (53) : S2 = 1
- section transversale de la face (57) du troisième piston (56) : S3 = 1
- rapport volumétrique de compression RV = 15/1
- pression maximale de suralimentation (Pa)maxi = 3 bar abs.
1.1. - Fonctionnement au démarrage et au ralenti. La pression minimale dans la chambre de travail (2) est de 1 bar-absolu.
La pression de rappel (à la pression des moyens d'alimentation basse pression (20)) s'exercant sur la section transversale différentielle du deuxième piston (53) et le ressort de rappel (51) amènent le piston différentiel (47) sur sa butée avant (52).
Au démarrage du moteur, la pression dans la chambre de travail 2 du moteur montera à :
Pe = Pa x (RV)1'35 = 1 x (15)1'35 = 40 bars Cette pression, s'exercant sur toute la surface
(49) du premier piston 48, sera suffisante pour enfoncer le piston différentiel (47).
On suppose que le volume maximal engendré par les courses du deuxième piston (53) et du troisième piston (56) réunis est égal à 1 % du volume de l'accumulateur (58).
Au premier tour du moteur, la pression dans l'accumulateur (58) s'élèvera de :
ΔP = 15000 x 1/100 = 150 bars. Au second tour du moteur, la pression atteindra 2 x 150 = 300 bars. Mais l'équilibre du piston différentiel imposera une pression maximale de : accumulateur = S1/(S2 + S3 ) x Pc -= x 40 - 200 bars.
La pression d'injection de 200 bars sera atteinte dans l'accumulateur après deux tours de manivelle. 1.2 - Fonctionnement à la pleine puissance. La pression de suralimentation monte à 3 bars et la pression dans la chambre de travail (2) en fin de compression monte à :
Pe = Pa x (RV)1'4 = 3 x (15)1'4 = 133 bars, et, après combustion, Pe = 1,5 x 133 = 200 bars. La pression maximale dans l'accumulateur (58) montera au plus à :
Pi = Sι/(S2 + S3) x Pe = 5 x 200 = 1 000 bars. II - Cas du moteur fortement suralimenté à rapport volumétrique de compression faible : - rapport volumétrique de compression RV = 8/1
- pression maximale de suralimentation Pa *: 20 bars abs
II.1 - Au démarrage : Pa = 1 bar
Le ressort (51) amène le piston différentiel (47) sur sa butée avant (52) (même en l'absence de pression de rappel ) .
La pression dans la chambre de travail 2 atteint lavaleur :
Figure imgf000032_0001
i.«onn = Pa x (RV) 1 ' 35 = 1 x (8)1'35 = 17 bars et après combustion :
Pcom•b-_us.t-.i•on = 1,'5 Pcompressi.on = 25 bars.
La pression dans l'accumulateur atteindra la valeur maximale de :
Paccumul,at.eur -s Pcombust -.i -on x *-*= 25 x 5 = 124 bar
Cette valeur sera atteinte en un tour de manivelle (si la cylindrée du piston différentiel est d'environ 1 % du volume de l'accumulateur). A chaque cycle, autour du Point Mort Bas, la force de rappel du piston différentiel sera :
FR = Paccu x S3 + PR x S2 - Pa x Sl > O II.2 - A la pleine puissance : Pa = 11 bars. La pression dans la chambre de travail atteindra la valeur maximale (avant combustion).
1,4 1,4
Pc = Pa x (RV) = 11 x (8 ) = 202 bars.
(Après combustion, cette pression augmente généralement de 50 %) .
Pcomb _.us _t.i -on = 1',5 Pcompressi•on = 303 b*-a»r-.s--,
La pression dans l'accumulateur (58) atteindra la valeur maximale de :
Paccumul,atj.eur = Pcombuust..i•on x = S x 303 = 1 516 bars, Autour du Point Mort Bas : Pc = Pa = 11 bars.
La force de rappel du piston différentiel sera :
FR r*. = s2*- x Pr -r 53 x Pa--c,-c.„um-„uιl-a.t-.«e„ur^"—Sii x Pe
SOit :
FE = 1 x 5 + 1 x 1 516 - 10 x 11 x Sj = 1 411 x 1. La force de rappel sera largement suffisante pour repousser le piston différentiel sur sa butée et permettra la réalimentation du système d'injection. On se réfère à la figure 9
Une telle forme de réalisation perfectionnée et intégrée présente un ensemble (70) comprenant un corps d' injecteur formant un premier piston de grand diamètre (71) et se déplaçant dans un cylindre (72) formant, à l'opposé de la face soumise à la pression des gaz dans la chambre de travail (2) à volume variable, la susdite troisième cavité (73) reliée par une canalisation (74), aux moyens d'alimentation basse pression (20).
Le premier piston (71) se prolonge par un deuxième piston (76) coulissant dans un cylindre de diamètre intermédiaire (77) et dont la surface différentielle de piston (78) délimite la susdite quatrième cavité constituant l'accumulateur (79). Un ressort de rappel assez faible (80), situé dans l'accumulateur, ramène l'ensemble en position de rappel contre la butée axiale (52).
Le deuxième piston (76) se prolonge par un troisième piston (81), coulissant dans un cylindre (82) de façon à délimiter la susdite deuxième cavité de volume variable (83) et qui communique par un clapet d'aspiration (55) avec la pompe d'alimentation basse pression (75) et, par un clapet de refoulement (87) puis un passage (89) interne au piston avec l'accumulateur (79).
L'ensemble (70) contient à son intérieur la susdite première cavité (17) avec le siège de l'aiguille (84) permettant d'interrompre ou d'autoriser la communication entre la première cavité (17) et le sac ou sixième cavité (90) dans la paroi de laquelle sont percés les orifices d'injection (14). L'aiguille (84), rappelée par le ressort de fermeture (85) autorisant une fermeture douce, présente à sa partie supérieure un piston cylindrique coulissant dans un alésage pour délimiter une cinquième cavité (86) reliée, par un passage interne, une gorge périphérique puis un conduit, au distributeur (33), pour être mise alternativement en communication avec l'accumulateur (79) et la basse pression (75). Enfin la première cavité (17) est mise en communication permanente, par un conduit (88), avec le passage (89), situé dans les deuxième et troisième pistons, et qui débouche librement dans l'accumulateur.
On se réfère maintenant à la figure 10. La soupape d'admission 107 est de forme de révolution, creuse et ouverte à chaque extrémité, et dont l'extrémité inférieure 113 présente une forme de semelle et comporte extérieurement une portée annulaire conique d'étanchéité 114 orientée vers l'extérieur et vers le haut, c'est-à-dire en direction de la culasse, et coopérant avec un siège fixe 115 solidaire de la culasse 3, et intérieurement une surface annulaire conique 116, orientée vers l'intérieur et vers le haut, et servant de siège axialement mobile à une portée annulaire d'étanchéité conjuguée 117 disposée à la partie terminale inférieure ou extrémité libre de la soupape d'échappement 106. La soupape d'admission 107 est guidée dans son coulissement axial par la paroi latérale externe de sa queue tubulaire 118, dans un guide de soupape 119 solidaire de la culasse 3.
La soupape radialement externe d'admission 107 délimite avec la culasse 3, dans sa partie inférieure située a voisinage immédiat de sa portée coopérant avec le siège conique solidaire de la culasse, un dégagement annulaire d'admission 110 communiquant avec une pipe 111 d'admission d'air frais reliée au système d'admission (non représenté) du moteur, par exemple un système de suralimentation. L'extrémité supérieure de la queue 118 de la soupape d'admission 107 comporte une collerette 123 faisant office de piston annulaire coulissant de façon étanche dans un cylindre coaxial 124 aménagé dans la culasse 3, délimitant avec celui-ci une chambre 125 sur la face supérieure de ce piston, et une chambre 126 sous la face inférieure de ce p i s ton -
La soupape radialement interne ou d'échappement 106 a sensiblement la forme de révolution d'axe confondu avec celui de la soupape d'admission et de préférence confondu avec l'axe du susdit cylindre moteur 2, d'un manchon tubulaire situé à l'intérieur de la soupape d'admission 107 et coulissant axialement par sa surface latérale interne sur un guide de soupape 120 faisant partie d'un moyeu central 121 solidaire de la culasse. Ce moyeu central 121 contient, par ailleurs, l'injecteur de combustible, dont la buse de pulvérisation 5 débouche dans la chambre de combustion afin de pouvoir y injecter des jets de combustible sensiblement radiaux et de préférence inclinés et répartis en étoile autour de la buse. L'extrémité supérieure du manchon tubulaire constituant la soupape radialement interne ou d'échappement 106 comporte une collerette 112 faisant office de piston annulaire coulissant de façon étanche dans un cylindre coaxial 131 aménagé dans la culasse, délimitant avec celui-ci une chambre 132 sous la face inférieure de ce piston, et une chambre 133 sur sa face supérieure.
L'étanchéité entre la paroi latérale externe de la queue de soupape tubulaire 118 de la soupape d'admission 107 et le guide de soupape 119 solidaire de la culasse d'une part, entre la paroi latérale interne du manchon tubulaire de la soupape d'échappement et le guide de soupape 120 solidaire du moyeu central 121 d'autre part, ainsi que l'étanchéité entre les susdites collerettes 112 et 123 faisant office de piston et les parois cylindriques 124 et 131 aménagées dans la culasse, est assurée par un ensemble de une ou plusieurs garnitures annulaires, bagues ou joints, de préférence radialement extensibles.
L'ensemble du piston 123 de la soupape d'admission 107 et du cylindre 124 constitue un vérin à fluide sous pression pour actionner ladite soupape 107 dans le sens de la levée d'ouverture (vers le bas, c'est-à-dire en direction du piston 2b). Dans ce but, la chambre supérieure 125 de ce vérin est destinée à recevoir un fluide hydraulique sous pression, de préférence incompressible, tel que de l'huile, qui assurera, de surcroît, la lubrification des pistes de glissement des garnitures d'étanchéité, pour provoquer positivement la descente du piston 123, donc de la soupape 107, en position d'ouverture, tandis que la chambre inférieure 126 sous-jacente contient des moyens de rappel élastique 134 de la soupape en position de fermeture.
Ces moyens de rappel élastique pourront être constitués de ressorts mécaniques 129 comprenant, de préférence, une pluralité de ressorts montés en parallèle à la manière d'un barillet et angulairement régulièrement répartis sur le pourtour de la collerette de façon à assurer une poussée uniforme sur l'intégralité de son pourtour. Ils pourront être également ou concuremment constitués par un fluide sous pression, de préférence compressible, alimentant la susdite chambre inférieure 126. La génération de la pression hydraulique dans la chambre supérieure 124 du susdit vérin pourra avantageusement être réalisée en faisant communiquer la susdite chambre 124, grâce aux passages 130, avec un cylindre de pompe (non représenté), rempli du liquide hydraulique incompressible et fermé par un piston de pompe actionné par un arbre à came tournant en synchronisme avec l'arbre principal du moteur. Il va de soi que ce piston de pompe peut être actionné par tout autre moyen connu tel que actuateur à commande hydraulique, électromagnétique, ou autre. De manière similaire, l'ensemble de la collerette
112 faisant office de piston de la soupape d'échappement 106 et du cylindre 131, constitue un vérin à fluide sous pression pour actionner ladite soupape 106 dans le sens de la levée d'ouverture (vers le haut, c'est-à-dire en direction opposée du piston 2b). Dans ce but, la chambre inférieure 132 de ce vérin est destinée à recevoir un fluide hydraulique sous pression, de préférence incompressible, tel que de l'huile, pour provoquer positivement la montée du piston 112, donc la levée de la soupape 106, en position d'ouverture, tandis que la chambre inférieure 133 sous-jacente contient des moyens de rappel élastique 134 de la soupape en position de fermeture. Ces moyens de rappel élastique pourront être, de la même manière, mécaniques, hydrauliques ou de préférence, et concurremment, pneumatiques. Entre le dégagement annulaire d'admission 110 et la pipe d'admission d'air frais 111 sont interposés des moyens déflecteurs 137 destinés à conférer à l'air d'admission, lorsque la soupape d'admission est levée, un moment cinétique susceptible d'engendrer un mouvement de rotation, d'axe sensiblement confondu avec l'axe du cylindre moteur, assurant un trajet hélicoïdal centrifuge aux filets d'air frais pénétrant dans la chambre de travail.
Ces moyens déflecteurs pourront être constitués par la forme de ladite pipe d'admission. Il pourront plus simplement être constitués d'aubages inclinés par rapport à l'axe dudit cylindre, ou plus simplement encore par des perçages angulairement régulièrement répartis sur la périphérie dudit dégagement annulaire d'admission et d'axes de préférence perpendiculaires et non sécants par rapport à l'axe dudit cylindre. Cette dernière disposition est particulièrement avantageuse pour faciliter la transmission vers la culasse des efforts verticaux dûs à la pression des gaz dans la chambre de travail.
Cette disposition en forme de manchon tubulaire de la soupape d'échappement 106 est particulièrement avantageuse en ce sens que, à la différence d'une soupape conventionnelle en forme de champignon, la pression des gaz régnant dans la chambre de travail, au moment de l'ouverture de ladite soupape, ne s'oppose pas, ou très peu, à cette ouverture : l'effort développé par l'organe de commande de la levée de la soupape d'échappement sera réduit en conséquence, ce qui facilitera la réalisation. En particulier, l'on pourra sans difficulté utiliser le dispositif de commande de la soupape d'échappement pour réaliser un frein moteur très important : en effet si l'on dispose d'un dispositif de calage, variable au cours du fonctionnement du moteur, de la commande d'ouverture de la soupape, on pourra, en anticipant de façon importante l'instant de l'ouverture de la soupape d'échappement en début de la course descendante du piston (correspondant à 1 'accroissemenent du volume de la chambre de travail du moteur) faire chuter la pression régnant dans cette chambre de travail et réduira d'autant le travail positif du moteur et, par conséquence, augmenter le frein moteur. Cette ouverture anticipée de la soupape d'échappement, alors que la pression régant dans la chambre de travail est très importante, se fera sans peine du fait de la forme tubulaire de cette soupape.
On notera enfin le caractère particulièrement avantageux de l'ouverture dans des directions opposés des soupapes d'admission et d'échappement. En effet, lorsque seule la soupape d'échappement est ouverte (vers le haut) la pression dans la chambre de travail est élevée et l'évacuation des gaz de combustion se produira naturellement à grande vitesse (bouffée supersonique). En revanche, pendant la phase de balayage au cours de laquelle les deux soupapes sont ouvertes simultanément, de façon à avoir une perméabilité maximale permettant de minimiser la différence de pression nécessaire entre la pipe d'admission 111 et la pipe d'échappement 109, la course de la soupape d'admission s'ajoutant à celle de la soupape d'échappement, l'ouverture vers le bas de la soupape d'admission augmente considérablement la section de passage offerte aux gaz d'échappement, ce qui facilitera aussi la réalisation de son organe de commande. La soupape d'admission périphérique 107 est fortement refroidie par l'air d'admission pendant la phase de balayage. En revanche, pour assurer le refroidissement de la soupape d'échappement tubulaire 106 et du moyeu central 121, on peut prévoir de donner à la surface cylindrique externe du moyeu un diamètre suffisamment inférieur au diamètre interne de la soupape tubulaire 106 pour créer entre la soupape et le moyeu, à l'exception des zones de guidage 120, un espace annulaire 138 susceptible d'être parcouru par un fluide de refroidissement, tel que par exemple de l'huile, qui participera de surcroît à la lubrification des portées de glissement des garnitures d'étanchéité prévues dans les zones de guidage 120. Le fluide de refroidissement sera avantageusement introduit grâce à des conduits d'amenée et de retour 139 qui irrigueront prioritairement la partie inférieure du moyeu central 121 au voisinage du nez de l'injecteur 105, puis sur le circuit de retour, l'espace annulaire 138.
Outre la protection naturelle des parois latérales de la chambre de travail par l'air frais centrifugé introduit pendant la période de balayage du moteur, la disposition axi- symétrique de celle-ci permet de faire suivre aux filets d'air introduit des trajectoires hélicoïdale les éloignant le plus longtemps possible de la zone centrale proche de l'échappement et de réduire au maximum le mélange entre l'air frais introduit et les gaz de combustion confinés au centre de la chambre de travail. On obtient ainsi un rendement très élevé du processus de balayage en réduisant considérablement le court-circuit, soit par passage direct depuis la soupape d'admission vers la soupape d'échappement, soit par mélange entre les gaz de combustion quittant la chambre de travail et l'air frais introduit dans celle-ci.
Dans l'exemple représenté, le piston 3 présente, dans sa face supérieure, un évidement 140 de révolution d'axe confondu avec celui du piston et qui constitue pour l'essentiel la chambre de combustion, alors que le volume de la chambre de travail est minimal, le piston étant au voisinage du point mort haut.
La buse 122 d'injection de combustible liquide sous pression de l'injecteur 105 est située sensiblement dans l'axe de la chambre de combustion de telle manière que le combustible soit injecté, de préférence sous la forme de jets radiaux inclinés et régulièrement répartis, dans la partie centrale de la chambre de combustion. Compte-tenu des dispositions géométriques adoptées pour l'invention, les gaz de combustion retenus dans la chambre de travail à la fin du processus de balayage, et de ce fait recyclés, seront concentrés dans cette zone centrale de la chambre de combustion, alors que l'air frais, animé d'un moment cinétique important pendant la période d'admission, du fait de la disposition périphérique de la soupape d'admission 107 et de l'orientation des passages d'air 137, sera confiné par centrifugation à la périphérie de la chambre de combustion, la rotation de l'air .étant maintenue du fait de la conservation du moment cinétique pendant la course remontante du piston.
La quantité de gaz de combustion à très haute température et pauvres en oxygène, concentrés dans la zone centrale de la chambre de combustion pourra être obtenue et réglée facilement. On peut, par exemple, compte tenu des pressions d'admission dans la cavité d'admission 110 et d'échappement dans la cavité 109, donner aux sections de passage des soupapes des valeurs telles qu'une partie des gaz de combustion n'a pas été évacuée à la fin de la phase de balayage, lorsque les deux soupapes 106 et 107 se referment. On peut également jouer sur la vitesse et la longueur du trajet hélicoïdal des gaz frais. Un autre moyen simple est de provoquer la fermeture de la soupape d'échappement suffisamment tôt pour emprisonner une partie des gaz de combustion. A titre d'exemple, avec un taux de compression de l'ordre de 6 et une proportion en masse de 20 % de gaz de combustion retenus d'un cycle sur l'autre, la température de la zone centrale peut être de l'ordre de 1 480βC juste avant l'injection alors que la température de l'air frais périphérique en mouvement de rotation est de l'ordre de 430°C.
Outre que cette disposition offre une protection naturelle des parois latérales de la chambre de travail (surface latérale du cylindre et de la chambre de combustion) permettant de réduire notablement les déperditions thermiques vers les parois et donc d'améliorer le rendement du moteur, elle présente, en ce qui concerne -le déroulement de la combustion, les avantages suivants :
- l'injection du combustible liquide finement pulvérisé dans la zone centrale très chaude et pauvre en oxygène entraîne la vaporisation et l'auto-allumage quasi- immédiat du combustible de façon à apporter l'oxygène nécessaire à la combustion du combustible à l'intérieur de deux tourbillons contra-rotatifs engendrés par l'injection sous très haute pression du combustible dans la chambre, ce que l'on constate en observant un délai d'inflammation extrêmement faible. Cette combustion s' initiant dans une zone très riche (puisque très pauvre en oxygène) et très chaude, les atomes d'hydrogène et de carbone se combinent prioritairement avec l'oxygène disponible, empêchant par là la formation des oxydes d'azote en dépit des niveaux thermiques très élevés atteints en fin de compression au coeur de cette zone centrale ;
- la combustion se poursuit dans la zone périphérique très riche en oxygène et relativement "froide" du fait de la stratification centrifuge de l'air frais introduit dans la chambre de travail. On observe que cette combustion se développe avec une très grande vitesse de réaction sans toutefois provoquer de formation excessive d'oxydes d'azote en raison des niveaux thermiques locaux faibles. La grande vitesse de réaction permet de réaliser, entre l'instant où est initiée la combustion et l'instant où la soupape d'échappement commence à s'ouvrir, une combustion complète sans émission excessive d' imbrûlés, de fumées et de particules nocives.
Cette disposition de l'invention présente par ailleurs des détails de réalisation qui peuvent se révéler particulièrement avantageux. Par exemple, la face supérieure du piston située à l'extérieur de la chambre de combustion est de préférence plate et vient épouser, avec un jeu que l'on déterminera de manière à minimiser l'importance des mouvements d'air radiaux lorsque le piston est au voisinage de son point mort haut, la face inférieure de la semelle 113 de la soupape d'admission 107. Ce faisant, elle vient, lorsque le piston est au voisinage du point mort haut, emprisonner radialement à l'extérieur du siège conique 115 un petit volume annulaire 146. Si par ailleurs le piston est équipé de garnitures d'étanchéité sans coupe du genre de celles qui sont décrites dans le Brevet FR-A-2.602.827, on conçoit que ce petit volume annulaire 146 constitue un "σul- de-sac" dans lequel s'établit, à chaque cycle de compression du piston, une réserve d'air frais et tournant à l'abri de la combustion du combustible lorsque le piston est au voisinage du point mort haut. Lorsque le piston amorce sa course descendante, cette réserve d'air se détendra, protégeant ainsi thermiquement, par le développement d'une couche limite froide, la couronne supérieure du piston et la face inférieure de la semelle 113 de la soupape d'admission 107.

Claims

44REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection de combustible liquide dans la chambre de travail de volume variable d'un moteur à combustion interne cyclique, notamment à allumage par
--'5 compression, qui comporte :
- un injecteur (4), susceptible d'injecter dans la chambre de travail le combustible liquide, et présentant une buse (5) communiquant avec ladite chambre de travail, une première cavité (17) communiquant avec ladite buse, et un
10 moyen obturateur (6) susceptible d'interrompre et d'établir la communication entre ladite première cavité et ladite buse,
- des moyens générateurs de haute pression de combustible débouchant, de préférence en permanence, dans ladite première cavité (17), lesdits moyens générateurs de 5 haute pression de combustible étant constitués par ledit injecteur (4), mobile par rapport à la culasse fermant la chambre de travail, et comprenant
. un piston dfférentiel de pompe (34), de forme de révolution, qui coulisse axialement dans un logement 0 cylindrique solidaire de ladite culasse et qui comporte deux cylindres étages d'axes parallèles et de préférence confondus, le premier cylindre (36) étant en permanence ouvert sur la totalité de sa partie inférieure, vers la chambre de travail, le second cylindre (38) ayant une section 5 transversale inférieure inférieure à celle du premier cylindre, le susdit piston différentiel (34) de pompe coulissant axialement dans ledit logement à deux cylindres étages, étant appliqué contre une butée axiale (39) solidaire Q de la culasse par des moyens de rappel élastique dont la force s'exerce en direction de la chambre de travail et dont l'amplitude est suffisante pour maintenir cet appui lorsque le moteur est au repos ou lorsqu'il est en fonctionnement et que le volume de la chambre de travail est maximal, . la face inférieure du piston différentiel coulissant dans le premier cylindre étant exposé en permanence à l'action du fluide moteur enfermé dans la chambre de travail de volume variable,
- la face supérieure (29) du piston de petite section transversale du piston différentiel (34) coulissant dans le second cylindre de façon à délimiter une seconde cavité (40) qui communique d'une part et par l'intermédiaire d'un premier conduit, avec la susdite première cavité (17), et d'autre part, par l'intermédiaire d'un clapet d'aspiration, avec une source d'alimentation en combustible liquide sous basse pression.
- des moyens générateurs de basse pression (20, 20a), reliés à une source de combustible liquide, pour alimenter les susdits moyens générateurs de haute pression de combustible,
- et des moyens de commande (33) pour 1 'actionnement dudit moyen obturateur (6), caractérisé en ce que les susdits moyens de commande (33) sont agencés pour commander cycliquement l'ouverture et la fermeture dudit moyen obturateur (6) de façon indépendante de ladite haute pression de combustible, et en ce que ledit piston différentiel (34) est librement déplaçable sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de travail quelle que soit la position desdits moyens de commande (33) de manière que ladite face supérieure (29) de petite section dudit piston différentiel transmette constamment la pression régnant dans la chambre de combustion multipliée par le rapport des sections du piston différentiel au combustible liquide dans ladite seconde cavité (40).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un accumulateur de pression (58, 79) est interposé dans le conduit assurant la communication entre lesdits première (17) et seconde (54, 83) cavités.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un clapet de refoulement (59, 87) est interposé entre ladite seconde cavité et ledit accumulateur de pression.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les susdits moyens de rappel élastique du piston différentiel de pompe sont constitués par des moyens générateurs de pression d'un fluide.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les susdits moyens générateurs de pression d'un fluide sont constitués par les susdits moyens d'alimentation en combustible liquide sous basse pression (20, 20a), la face supérieure du piston de grand diamètre du susdit piston différentiel délimitant une troisième cavité (41, 73) qui communique en permanence avec les moyens d'alimentation de combustible sous basse pression.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les susdits moyens de rappel élastique du piston différentiel de pompe comportent en outre un ressort mécanique (51, 80).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande des moyens obturateurs (6) de l'injecteur, commandés cycliquement de façon externe indépendante de la pression générée par les susdits moyens générateurs de haute pression de combustible, sont constitués par des moyens électro-magnétiques dont la force s'excerce cycliquement, en réponse à un ordre externe donné en synchronisme avec le mouvement de rotation du moteur, pour provoquer l'ouverture et la fermeture des susdits moyens obturateurs de 1 ' injecteur»
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande des moyens obturateurs de 1 ' injecteur sont de nature mécanique.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (38) des moyens obturateurs de l'injecteur sont de nature hydraulique.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le susdit moyen obturateur de l'injecteur est constitué d'un corps et d'une aiguille mobile (6, 84) pouvant se déplacer axialement dans ledit corps d' injecteur,
- ladite aiguille (6, 84), de forme de révolution, comportant un piston cylindrique dans sa partie supérieure, et une portée conique dans sa partie inférieure,
- ledit corps comportant un évidement interne délimité par un alésage cylindrique, dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre extérieur du susdit piston d'aiguille, et, dans sa partie inférieure, par un 48 siège conique (11) coaxial audit alésage cylindrique, siège prolongé par une cavité de révolution (18) fermée vers le bas, la paroi de cette cavité (18) constituant la susdite buse d'injection percée d'au moins un orifice d'injection débouchant dans ladite chambre de travail,
- ladite aiguille (6, 84), lorsque sa portée conique est en appui, grâce à des moyens de rappel élastique, sur le siège conique de l'injecteur - siège dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre du piston d'aiguille - séparant ledit évidement en trois cavités, à savoir :
. la susdite première cavité (17), située au regard de la face inférieure de l'aiguille et délimitée par les parois latérales de l 'évidement, et la surface de l'aiguille située au-dessus de sa portée conique, . une cinquième cavité (16, 86) située au- dessus de la face supérieure de l'aiguille,
. une sixième cavité (18), et de volume minimal, située en-dessous de la portée conique de l'aiguille et délimitée par les parois intérieures de la susdite buse d1 injecteur, et qui communique donc en permanence avec la chambre de travail du moteur par l'intermédiaire des orifices d' injection.
11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les susdits moyens de commande cyclique du moyen obturateur de l'injecteur sont constitués par un distributeur à trois voies (33) et à deux positions qui, dans l'une de ces deux positions, fait communiquer la première cavité (17) avec la cinquième cavité (16, 86) de façon à forcer l'aiguille (6, 84) en appui sur son siège conique, et dans l'autre position, fait communiquer cette cinquième cavité (16, 86) avec les susdits moyens d'alimentation en combustible liquide sous basse pression (20a, 75) de façon à permettre à l'aiguille de se soulever de son siège conique. 5
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que le susdit logement cylindrique étage dans lequel coulisse le susdit piston différentiel de pompe comporte un troisième étage constitué d'un troisième cylindre coaxial aux deux premiers
10 dans lequel coulisse un troisième piston (54, 77) solidaire des deux premiers et de section transversale inférieure à celle du susdit premier piston de grand diamètre de façon à délimiter une quatrième cavité de volume variable qui communique en permanence avec le susdit accumulateur.
*j_5
13. Moteur à combustion interne à chambre de travail de volume variable dont le dispositif d'injection de combustible liquide sous pression dans la chambre de travail est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des soupapes
20 d'admission et d'échappement (107, 106) de forme de révolution et d'axes confondus et montées coaxialement autour d'un moyeu central (121) porté par la culasse et dans lequel est disposé ledit injecteur coulissant (4).
14. -Moteur selon la revendication 13, caractérisé
25 en ce que ledit moyeu présente une partie fixe dans lequel est formé le susdit logement cylindrique sodidaire de la culasse et comportant les cylindres étages (36, 38) d'axes parallèles dans lesquels se déplace le piston différentiel (34, 72).
'20
15. Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la soupape cylindrique la plus centrale forme, par sa surface cylindrique intérieure, au moins la partie du plus grand diamètre dudit logement cylindrique dans laquelle se déplace la partie de plus grand diamètre du susdit piston 5 différentiel dont la face intérieure est ouverte sur la chambre de travai 1.
16. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 13 à 15 à au moins une chambre de travail de volume 0 variable délimitée par une paroi cylindrique (2) dans laquelle coulisse un piston, la face supérieure mobile dudit piston et une culasse fixe,
- fonctionnant selon le cycle à deux temps, avec un système de balayage en boucle à travers la culasse, contrôlé 5 par au moins une soupape d'admission (107) coopérant avec un siège (115), de manière à faire communiquer cycliquement la chambre de travail avec une cavité d'admission (111) communiquant avec les moyens d'alimentation en air frais du moteur, et au moins une soupape d'échappement (106) coopérant 0 avec un siège (116), de manière à faire communiquer cycliquement la chambre de travail avec une cavité d'échappement (109) communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion du moteur,
- lesdites soupapes d'admission (107) et 5 d'échappement (106) étant de forme de révolution et d'axes confondus, et de préférence confondus avec l'axe de la susdite paroi cylindrique, et montées coaxialement de telle façon que la soupape d'admissiion soit située à l'extérieur de la soupape d'échappement, Q - le susdit siège (115) de la soupape d'admission (107) étant solidaire de la culasse, et orienté de manière que la pression du fluide qui tend à appuyer ladite soupape sur son siège, et étant situé au voisinage immédiat de la périphérie de la partie supérieure de la susdite paroi cylindrique dans laquelle coulisse le piston, et en contact avec la culasse,
- des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer ladite soupape d'admission contre le susdit siège solidaire (115) de la culasse, - et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'admission (107) et dirigée vers le piston et s'appliquant sur ladite soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-ci de son siège (115), permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la cavité d'admission (111) communiquant avec les susdits moyens d'alimentation en air frais du moteur,
- des moyens inducteurs de rotation (137) étant interposés entre cette cavité d'admission (111) et ledit siège (115) de la soupape d'admission (107) de façon à provoquer un mouvement de rotation d'ensemble, d'axe sensiblement confondu avec l'axe de la susdite paroi cylindrique, de l'air introduit dans la chambre de travail pendant le balayage du moteur,
- la soupape d'échappement (106) étant de forme de révolution et comportant une partie inférieure de forme tubulaire dont la paroi intérieure coulisse, de façon étanche grâce à des moyens d'étanchéité, autour d'un moyeu central (121), dans lequel est monté l'injecteur coulissant, porté par la culasse, et dont la partie inférieure présente une portée (117) coaxiale à ladite partie tubulaire, de façon à pouvoir coopérer avec un siège (116), aménagé à l'intérieur de la partie inférieure de la susdite soupape d'admission (106), permettant ainsi de faire communiquer la susdite cavité d'échappement avec la chambre de travail grâce à l'espace annulaire (108) délimité radialement par la paroi intérieure de la soupape d'admission (107) et par la paroi extérieure de la soupape d'échappement,
- des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer la susdite portée (117) de la partie inférieure tubulaire de ladite soupape d'échappement contre le siège (116) aménagé à la partie inférieure de la paroi intérieure de ladite soupape d'admission,
- et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'échappement (106) et dirigée vers la culasse à l'opposé du piston et s'appliquant sur ladite soupape (106), étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-ci de son siège (116), permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la susdite cavité d'échappement (108) communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion dudit moteur.
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