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Dispositif d'injection de carburant pour moteur à deux
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temps temps -----
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La présente invention concerne un dispositif pour injecter le carburant dans un moteur à deux temps avec précompression dans le carter et allumage commandé.
Un des inconvénients des moteurs ä deux temps à essence est leur consommation en carburant plus élevée que celle des motcurs à quatre temps. Pour réduire la consommation d'un moteur à deux temps il faut injecter une quantité rigoureusement dosée de carburant dans le ou chaque cylindre pendant ou après le balayage des gaz brûlés par la nouvelle-charge d'air. L'injection de carburant est délicate et jusqu'à un matériel de précision et onéreux qui en a limite l'application principalement aux moteurs à quatre temps.
L'invention a pour but de proposer un dispositif d'injection de carburant de construction simple qui permet de doser la quantité de carburant injectée proportionnellement ä la Quantité d'air aspirée dans le moteur à chaque cycle.
Ce but est atteint par un dispositif d'injection risé par un corps de pompe comprenant une première chambre en communication avec l'atmosrhere et communiquant avec la tubulure d'admission dans le cylindre 'm
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moteur, par un ajutage ; une deuxième chambre communiquant avec le carter de precompre.-ion dj mctcur, laditc deuxième chambre étant séparée de la premibre chambre par une paroi mobile solidaire d'un support maintenu par un ressort ; un piston appuyent sur le support et glissant axialement dans un canal lorsque la paroi mobile deplace le support ;
et une troisième chambre ayant une ouverture communiquant avec. le conduit d'arrivée de carburant et une ouverture connectée par une tubulure à un injecteur de carburant débouchant dans le cylindre moteur suivant une direction pratiquement radiale de manière à pulvériser le carburant sur le ou les flux de balayage. La troisième chambre est disposée à l'extrémité dudit canal de telle manier que lorsque la paroi mobile déplace le support, une extrémité du piston se déplace en faisant varier la pression régnant dans la troisième chambre afin d'aspirer une dose de carburant lorsque la paroi mobile comprime le ressort et de refouler une dose de carburant vers l'injecteur lorsque le ressort est détendu. Un moyen est prévu pour ajuster la contrainte dudit ressort afin de pouvoir régler le dispositif d'injection.
Dans un mode d'execution avantageux, le dispositif d'injection se trouve intégré au cylindre du moteur en une construction compacte. Le corps de pompe présente alors une saillie de forme générale cvlindrique formant logement pour l'injecteur et un clapet de refoulement disposés coaxialement en alignement avec l'axe longitudinal du piston d'injection, ladite saillie comportant des moyens pour la fixation du dispositif d'injection sur le cylindre du moteur suivant une direction pratiquement radiale.
Une variante d'exécution incorpore également une pompe de gavage. Le conduit de communication entre le carter
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du moteur et la deuxième chambre du dispositif d'injection gaz
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communique en outre avec un premier compartiment séparé d'un deuxième compartiment par une membrane souple, le deuxième compartiment OTzmuniquant avec la conduite d'arrivée de carburant du réservoir par un clapet d'admission qui s'outre lorsque la membrane souple est tendue parledépressionrégnantdanslepremiercompartiment, le deuxième compartiment communiquant également avec la tubulure d'amende de carburant vers la chambre de carburant du dispositif d'injection par un clapet de refoulement qui s'ouvre lorsque la membrane souple se décolle sous l'effet d'une pression dans le premier compartiment.
Le premier compartiment est avantageusement constitue par une cavité, formée dans la face inférieure du corps de pompe d'lnjection, 1e deuxième compartiment étant constitué par une cavitp formée dans un second bloc qui se trouve vissé sous le corps de pompe d'injection avec interposition d'une membrane souple pour séparer les cavités formant lesdits premier et deuxième compartiments, ladite membrane souple coopérant avec les clapets d'admission et de refoulement.
Le disTsitif d'injection de carburant selon l'invention permet d'obtenir une reduction appréciable de la consommation de carburant et de surcrolt, une diminution remarquable de la pollution qui rend le moteur à deux temps plus attrayant.
L'invention est exposee plus en detail dans ce qui suit avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : . la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à deux temps et d'un dispositif d'injection selon l'invention, servant à illustrer le principe du mécanisme de dosage et d'injection du carburant ; . la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un moteur et d'un mode d'exécution du dispositif d'injection selon l'invention ;
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la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un -
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détai1 d'execution du dispositif d'injection selon l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un mode d'exécution intégré d'un moteur et d'un dispositif d'injection selon l'invention ;
. la figure 5 est une vue en coupe verticale suivant la ligne V-V de la figure 6, dans un mode d'exécution du dispositif d'injection selon l'invention avec pompe de gavage intégrée ; . la figure 6 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne VI-VI de la figure 5.
Sur la figure 1 est représentée en 1 un cylindre de moteur à deux temps avec le piston 2, le carter de précompression 3, le canal de transfert 4, la lumière d'admission d'air 5 communiquant avec la pipe d'admission 6, la pipe d'echappement 8 des gaz comburés et un injecteur de carburant 9. L'injecteur 9 est alimenté en carburant par un dispositif d'injection selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 10 et qui reçoit le carburant d'un reservoir 50 par l'intermediaire d'une-pompe de gavage 30. Le but du dispositif d'injection 10 est d'envoyer à l'injecteur 9 une dose rigoureusement contrôlée de carburant proportionnellement a la quantité d'air aspirée dans le cylindre 1.
Le dispositif d'injection 10 comprend un corps comprenant une première chambre 11 qui se trouve en communication avec l'atmosphere exterieure par un trou devent 14 et avec la pipe d'admission d'air 6 par une tubulure 17 et un ajutage 18 qui débouche dans la pipe 6 en aval du papillon de réglage 7. Une deuxième chambre 12, séparée de la première chambre 11 par une paroi mobile etanche 21, communique avec le carter de précompression 3 par un conduit 19. Une troisième chambre 13 reçoit le carburant de la pompe de gavage 30 par le conduit 26 à travers un clapet d'admission 25 et elle communique à travers un clapet de refoulement 27 avec une tubulure 28
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alimentant l'injecteur 9 en carburant.
La paroi mobile 21, qui peut par exemple être simplement une membrane souple étanche, coopère en son milieu avec une tête de support 22. maintenue par un ressort de précontrainte 15 dont l'autre extrémité s'appuie sur une butée 16 coopérant avec une vis de réglage 42 servant à ajuster la précontrainte du ressort 15.
Entre la chambre de compression 12 et la chambre de carburant 13, le corps du dispositif d'injection 10 comprend un canal 23 dans lequel est logé un piston 20 ayant une extrémité qui est maintenue contre la tête de support 22 de la paroi mobile 21 ou contre la paroi mobile elle-mtme par le ressort 24, ce piston s'étendant dans le canal 23 de manière que son extrémité libre arrive dans la chambre de carburant 13.
Lorsque, pendant le temps de detente, le piston 2 descend dans le cylindre 1, il comprime les gaz frais dans le carter 3 et y crée une augmentation de pression qui est proportionnelle à la quantité d'air introduite dans le cylindre pendant le cycle précédent et qui est en principe égale à la quantité d'air du cycle considéré.
L'augmentation de pression dans le carter 3 se communique dans la chambre de compression 12 du dispositif d'injection 10 par l'intermediaire du conduit 19 et cette augmentation de pression se-trouve appliquée sur la paroi 21 qui se déplace et comprime le ressort 15 jusqu'à ce que la tension de ce dernier équilibre la pression régnant dans ladite chambre de compression 12. Le déplacement de la paroi mobile 21 entrain le piston 20 qui glisse dans le canal 23 en créant dans la chambre de carburant 13, une dépression qui aspire dans la chambre une dose de carburant fonction au déplacement du piston 20 et donc fonction de la quantité d'air absorbée dans le cylindre.
Au moment du balayage, le piston 2 démasque la lumière
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de transfert et la pression diminue brusquement dans le carter 3. La pression diminuant également dans la chambre de compression 12, le ressort 15 se détend et le piston 20 se déplace vers la chambre de carburant 13 en refoulant vers l'injecteur 9 la dose de carburant qui avait été aspirée pendant le temps de detente precedent.
D'après la calcul, si l'on considère la compression des gaz frais dans le carter 3 comme étant adiabatique, on constate que la pression régnant dans le carter, lorsque le piston 2 est au point mort bas, est bjen directement proportionnelle à la quantité de gaz absorbée.
En effet, si.
1: le volume du carter quand le piston est au point mort haut
V2 : le volume du carter quand le piston est au point mort bas 11 : 1e rapport volumétrique du carter = V1/V2
P1: la pression régnant dans le carter quand le piston est au point mort haut
P2: la pression régnant dans le carter quand le piston est au point mort bas
PO : la pression régnant dans le carter quand le piston est au point mort bas et que le moteur tourne gaz coupés
Cp : 5/2 R-5 cal
Cv : 3/2 R-3 cal
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T1 dans le carter quand le : la temperature regnantpiston est au point mort haut (moteur chaud) - température ambiante T2 :
1a température régnant dans le carter quand le piston est au point mort bas (moteur chaud) un a n Cv dT = -R T ##
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D'où Cv dT + R dV. 0 cv. .
En intégrant Cv log T + R log V.
- - - 0" T/ .
L v cte Ou T3/2. V-cte 3/2 3/2 Donc : Tl. = T23/2. V2
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Or.---jTL-cte V2 Donc .
(ITTi -\/ Tr
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Donc la température s'élève de la même proportion, quelle que soit la pression P1, c'est-a-dire quelles que soient les conditions de fonctionnement.
En appliquant ensuite la relation Pu. RT, on a
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Donc P2 = H P1 avec H
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Or, Or, Pl-n V1 avec T1, R, V1 constants H R Tl Donc V1 ou n est la nombre de moles de gaz absorbé ou H cte si on suppose T1 constant.
V1
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Donc P2 est bien de gaz absorbé.
....,
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U 11 est ä noter que la gère- :jent modifiée pour tenir compte de la chaleur cédée par le piston au gaz quill comprime dans le carter.
Le réglage du dispositif d'injection 10 selon l'invention se fait en choisissant la contrainte du ressort 15 et la surface active de la paroi mobile 21 de manière que, pour une valeur maximum de la pression dans le carter de précompression 3, la paroi mobile 21 comprime le ressort 15 afin que le piston 20 provoque l'aspiration dans la chambre de carburant 13 d'une dose de carburant qui corresponde à une ouverture maximum des gaz. L'ajustement s'effectue ensuite en réglant la tension du ressort 15 à l'aide de la via 42 de manière que la force exercée par le ressort 15 sur la paroi mobile 21 équilibre exactementlapression de la paroi mobile quand les gaz sont coupés.
Le déplacement du piston 20 est alors proportionnel à la pression regnant dans le carter 3 et la dose de carburant injectée est proportionnelle à cette pression, c'est-a-dire à la quantité d'air absorbée. Grâce à l'ajutage 18 disposé dans la tubulure de communication 17 reliant la chambre 11 à la pipe d'admission d'air 6, la dose de carburant injectée est corrigée en fonction de la dépression régnant dans ladite pipe d'admission d'air 6, ce qui permet une possibilité de correction de la richesse du mélange carburé et un meilleur fonctionnement du moteur au ralenti.
11 est bien entendu que l'injecteur 9 doit btre choisi de manière qu'il puisse injecter dans le cylindre l'entièreté de la dose de carburant refoulée par le dispositif d'injection 10 lorsque le piston 2 du moteur vient masquer l'injecteur 9 dans le cylindre.
Pour permettre la purge manuelle de la pompe d'injection, la vis de réglage de précontrainte 42 est avantageusement associée à un bouton 40 arme d'un ressort de rappel 43
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comme montré à la figure 3. Le beuton 40 est solidaire d'une tige 41 qui traverse axialement la vls de réglage 42.
En appuyant sur le bouton 40, l'extrémité de la tige 41 vient appuyer sur le suppcrt 22 contre lequel s'appuie le piston d'injection 20 et elle déplace celui-ci afin de vider la chambre de carburant 13.
La figure 4 illustre un mode d'execution préféré dans lequel le dispositif d'injection 10 se trouve intégré au cylindre du moteur en une construction compacte.
Le corps du dispositif d'injection 10 présente une saillie 45 de forme générale cylindrique formant logement pour l'injecteur 9 et pour le clapet de refoulement 27 qui sont disposés coaxialement en alignement avec l'axe longitudinal du piston d'injection 20. La saillie 45 comporte extérieurement un filet 46 pour le montage d'un manchon 47 destiné à fixer le dispositif d'injection 10 comportant l'injecteur 9 sur le cylindre 1 du moteur suivant une direction pratiquement radiale. Ce mode d'execution intégré simplifie grandement le montage puisqu t il élimine les raccords et en outre il augmente de façon sensible le volant thermique de l'injecteur.
Les figures 5 et 6 illustrent une variante de réalisation particulièrement avantageuse. Dans cette forme de réalisation le dispositif d'injection 10 incorpore la pompe de gavage 30. Celle-ci consiste en un bloc compact vissé er. dessous du corps du dispositif d'injection 10 au moyen de vis 38 (figure 5). La face inférieure du corps 10 présente une cavité 31 dans laquelle débouche un conduit 37 qui communique-avec le conduit de prise d'air du carter 19. Le corps 30 de la pompe de gavage est formé avec un compartiment 33 qui fait face à la cavité 31 et en est séparé par une membrane souple 32. J¯ compartiment 33 communique avec la conduite d'arrive de carburant 28 par un conduit 34 et un clapet d'admission 35 obturé par une languette mobile découpée dans la membrane souple 32.
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Cette membrane a également une découpure formant une languette qui obture un clapet de refoulement 36 communiquant avec le conduit 25 destiné à amener le carburant dans la chambre de carburant 13 du dispositif d'injection 10.
Le fonctionnement de la pompe de gavage est conditionne par le déplacement de la membrane souple 32 en réponse ä la pression regnant dans le compartiment à air 31, laquelle pression est 1iée à la pression régnant dans le carter 3.
Une diminution de pression provoque l'ouverture du clapet d'admission 35 par décollement de la languette mobile de la membrane souple 32 vers le bas, c'est-àdire vers le compartiment 33, et du carburant du réservoir est alors admis dans le compartiment 33. Une augmentation de pression d'air provoque l'ouverture du clapet de refoulement 36 par décollement de la languette de la membrane souple 32 vers le haut, et du carburant est alors refou1é du compartiment 33 vers le clapet d'aspiration 25 du dispositif d'injection 10.
Le dispositif d'injeetion selon l'invention permet d'obtenir une reduction appreciable de la consommation de carburant d'un moteur ä deux temps et, de surcrolt, une diminution remarquable de la pollutjon. Ces résultats ont
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été démontrés au banc d'essai à rouleau sur un moteur à deux temps ä refroidissement par air de 250 de drée. tel que décrit plus haut pourvu d'une paroi mobile de 50 mm de diamètre avec une précontrainte du ressort de 17 kg par millimetre de flèche.
La consommation de carburant et la teneur en CO des gaz d'echappement ont été mesures au r & gime de 90 km à l'heure avec et sans le dispositif d'injection selon l'invention.
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Lermesuresontdonné : Consommation :
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. km . avec le dispositif d'injection 3, km 50jt une economie de 28, nvec carburntcur 4, 625 litres/100Teneur en CO . avec carburateur 8, 3 % . avec le dispositif d'injection 0, 75 % soit un gain de 91 %.
On a dit plus haut que l'injecteur est choisi de manière qu'il puisse injecter dans le cylindre l'entièreté de la dose de carburant refoulée par le dispositif d'injection lorsque le piston du moteur vient à masquer llinjecteur dans le cylindre. Avantageusement, l'injecteur 9 est fixe dans un porte-injecteur 51 (figure 2) de manière a déboucher radialement dans le cylindre 1 à une certaine distance du point mort haut et en retrait de l'alésage, ménageant ainsi une petite cavité 52 dans alésage. Cette disposition a pour effet d'assurer que le carburant soit pulverise sur le ou les flux de balayage et que l'injection de carburant, rigoureusement dosée par le dispositif d'injection 10 comme décrit plus haut, soit terminée lorsque le piston 2 passe en regard de l'injecteu'9.
Une bague 53 et un manchon 54 en matière isolante, par exemple du téflon, isolent thermiquement le porteinjecteur 51 de la paroi du cylindre 1 de manière à protéger l'injecteur contre un échauffement excessif par conduction de la chaleur du cylindre.