FR2602278A1 - Procede et dispositif d'injection de carburant dans un moteur a combustion interne en particulier un moteur a allumage par etincelle a deux temps pour vehicules automobiles ou marins equipes d'un tel moteur - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION A POUR OBJET UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF D'INJECTION DE CARBURANT DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE 9 EN PARTICULIER D'UN MOTEUR A DEUX TEMPS A ALLUMAGE PAR ETINCELLE, DANS LEQUEL UNE QUANTITE DOSEE DE CARBURANT EST ENTRAINEE DANS UN GAZ, ET LE MELANGE CARBURANT ET GAZ AINSI FORME EST FOURNI DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION A TRAVERS UNE BUSE D'INJECTION 24 DANS DES CONDITIONS TELLES QU'IL S'ETABLIRA UNE PULVERISATION DE CARBURANT AYANT UNE VITESSE DE DISPERSION DANS LE SENS DE L'AXE DE PULVERISATION QUI NE SOIT PAS SUPERIEURE A 25METRESSECONDE A 35MM DE PENETRATION DE PULVERISATION A PARTIR DE LA BUSE D'INJECTION 24 MESUREE SOUS PRESSION ATMOSPHERIQUE DANS L'AIR IMMOBILE ET DE PREFERENCE QUE LA VITESSE DE DISPERSION NE SOIT PAS SUPERIEURE A 18METRESSECONDE A 70MM A PARTIR DE LADITE BUSE D'INJECTION 24. APPLICATIONS AUX MOTEURS EQUIPANT DES VEHICULES DE TOUT TYPE ET EN PARTICULIER LES MOTEURS DE VEHICULES ROUTIERS ET LES MOTEURS MARINS DE TYPE HORS-BORD.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé d'injection de carburant et
en particulier d'un mélange carburant-air, dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un aJutage ou buse d'injection. Les caractéristiques de la pulvérisation des gouttelettes de carburant -sortant d'un ajutage à l'intérieur d'une chambre de combustion ont un effet primordial sur le rendement de la combustion du carburant qui à son tour affecte la stabilité du fonctionnement du moteur, le rendement du combustible, et les émissions d'échappement. Pour optimaliser ces effets les caractéristiques souhaitables du schéma de pulvérisation du carburant sortant de l'ajutage comprennent des petites dimensions de gouttelette de carburant, une pénétration
contrôlée de la pulvérisation du carburant à l'intérieur de.
la chambre de combustion, et au moins aux faibles charges du moteur, un nuage relativement délimité distribué
uniformément des gouttelettes du carburant.
Dans le contrôle des éléments nuisibles d'échappement du moteur, il est souhaitable de contrôler la mise en place du carburant dans la charge de gaz dans la chambre de combustion pour satisfaire un certain nombre de paramètres différents. De façon idéale, le carburant devrait être distribué dans la charge de gaz de telle sorte que le mélange résultant carburant-air puisse être facilement allumé au niveau de la bougie d'allumage, la totalité du carburant recevant suffisamment d'air pour brûler totalement, et la flamme étant & une température suffisante 30 pour s'étendre à tout le carburant avant de s'éteindre. Il existe d'autres facteurs qui doivent être également pris en considération, telles que les températures de combustion qui peuvent favoriser une détonation ou la formation d'éléments
contaminants indésirables dans les gaz d'échappement.
Un objet de la présente invention consiste & fournir un procédé d'injection de carburant, par l'intermédiaire d'une buse d'injection à l'intérieur de la chambre de combustion du moteur, qui contribuera au rendement de la combustion du carburant et au contrôle des émissions des gaz d'échappement du moteur. A cette fin, on propose un procédé d'injection de carburant & l'intérieur d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne consistant à fournir une quantité dosée de carburant, de préférence entraînée dans un gaz, par l'intermédiaire d'un aJutage ou buse d'injection à l'intérieur de la chambre de combustion dans des conditions telles qu'il s'établira une pulvérisation du carburant ayant une vitesse de dispersion en direction de l'axe de pulvérisation qui ne soit pas supérieure a 25 mètres/s avec une pénétration de pulvérisation de 35mm à partir de l'ajutage mesurée lorsque l'air immobile est encore sous la pression atmosphérique. De préférence la vitesse de dispersion de pulvérisation est inférieure à 18 mètres/s dans le sens de l'axe de la pulvérisation pour une 20 pénétration de pulvérisation de 70mm à partir de l'ajutage
ou buse d'injection.
On comprendra que pour de nombreuses raisons il n'est pas commode de fournir une mesure de.la pénétration de la pulvérisation à l'intérieur de la chambre de combustion en cours de fonctionnement. En conséquence, pour définir la présente invention, les vitesses de pulvérisation et de pénétration sont mesurées dans l'air immobile sous pression atmosphérique. Ces mesures sont effectuées avec le mécanisme d'ajutage et d'injection qui est utilisé pour fournir le carburant à la chambre d'injection et qui est actionné dans les mêmes conditions que lorsque le carburant est injecté à l'intérieur de la chambre de combustion d'un moteur, les
pressions de carburant de gaz étant les mêmes et le mouvement d'ouverture de l'ajutage étant le même au cours du 35 fonctionnement normal du moteur.
De préférence la vitesse de dispersion de la pulvérisation dans le sens axial est en-dessous de 16 métres/s a 35 mm, et habituellement situé entre 6 et 10 mètres/s de préférence d'environ 8 mètres/s. La vitesse de dispersion de pulvérisation dans le sens radial, qui est perpendiculaire & l'axe de pulvérisation n'est, de préférence, pas supérieur à 25 mètres/s et habituellement
d'environ 12 mètres/s à 35mm de l'axe de pulvérisation.
Le maintien des paramètres ci-dessus de pénétration de 10 la pulvérisation est d'une importance particulière à des faibles vitesses d'injection de carburant, ce qui est le cas aux faibles charges du moteur, pour contrôler les hydrocarbures (HC) dans les gaz d'échappement du moteur. Aux faibles charges la quantité de carburant injectée à chaque 15 cycle est plus faible et si elle était dispersée largement à travers la charge du gaz il en résulterait un allumage et une stabilité de la flamme pauvres. Pour éviter ou pour réduire ces effets nuisibles, il est nécessaire de limiter généralement la distribution de carburant dans la charge de 20 gaz et en particulier de réaliser un mélange riche au
voisinage immédiat du point d'allumage (bougie).
De cette façon la charge est facilement allumée étant donné le'mélange riche au niveau de la bougie d'allumage. Si une quantité relativement faible de carburant n'est pas dispersée finement à travers la charge complète de gaz ou si le carburant est distribué dans les zones très étouffées de la charge de gaz, ces deux conditions contribueraient à la faible pénétration de la flamme et le carburant non brûlé résultant créerait des hydrocarbures dans l'échappement. 30 Bien que la pénétration limitée puisse sans prévoir d'autre action correctrice, provoquer une certaine augmentation des émissions d'hydrocarbures à l'extrémité supérieure de la gamme de charges du moteur, ceci prend naissance dans une zone de fonctionnement apparaissant pour 35 seulement une proportion relativement faible du temps de fonctionnement total du moteur dans beaucoup d'applications
telles que l'automobile.
Les bénéfices de la pulvérisation de carburant & faible pénétration sont particulièrement remarquables dans le fonctionnement du moteur jusqu'à 80 % de la charge maximale du moteur et Jusqu'à 50 % de la vitesse maximale du fonctionnement du moteur, L'utilisation d'une pulvérisation de carburant à faible pénétration est particulièrement avantageuse lorsque 10 la buse d'injection est réalisée de manière à produire un schéma de pulvérisation de carburant formant un nuage ayant le carburant dispersé à travers lui plutôt qu'un schéma de type cônique creux. Ceci est décrit dans la demande de brevet Internationale déposée parallèlement sous le numéro PCT-AU86-00201, qui décrit un procédé particulier d'injection de carburant à l'intérieur de la chambre de combustion et une forme particulière de buse d'injection qui peuvent être utilisés respectivement avec la pulvérisation de carburant à faible pénétration décrite ici. la
description de ladite demande parallèle a été incorporée
dans la présente demande à titre de référence.
Conformément à un mode de réalisation préféré, le procédé d'injection de carburant dans la chambre de combustion consiste à entraîner le carburant dans un courant 25 de gaz et à ouvrir de façon sélective une buse d'injection pour décharger le mélange carburant-gaz ainsi formé dans la chambre de combustion et à faire en sorte que des trajets respectifs préférés soient choisis pour le mélange carburant-gaz lorsqu'il passe à travers la buse d'injection 30 pour produire une première nappe de forme généralement circulaire de gouttelettes de carburant entraînées par les gaz et une seconde nappe de gouttelettes de carburant entraînées par les gaz dans la zone définie par la première nappe en provenance de la buse d'injection, les gouttelettes 35 de carburant en provenance de la buse d'injection ayant une
vitesse de dispersion en direction de l'axe de pulvérisation qui n'est pas supérieure à 25 mètres/s à 35mm de pénétration de pulvérisation lorsqu'elle est mesurée comme décrit cidessus.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré ci-dessus décrit de l'invention, les nappes de gouttelettes de carburant entraînées par les gaz assurent une plus grande exposition des gouttelettes de carburant à l'air et lorsque les courants provenant desdits trajets s'éloignent de la buse d'injection et diminuent de vitesse, les courants cassent de sorte que les gouttelettes de carburant se dispersent et forment un brouillard. Les courants dispersés forment finalement un nuage commun de gouttelettes de carburant. Lorsque la nappe est telle que les courants de
gouttelettes de carburant sont sous une forme circulaire ou cônique divergente, un courant d'air toroidal est créé dans la formation généralement concentrique avec celle-ci.
L'écoulement d'air dans la région extérieure du toroïde complète celui des courants de gouttelettes de carburant et le carburant est alors entraîné dans le courant d'air toroïdal pour être porté vers l'intérieur de la formation de courants.Cette dispersion des gouttelettes de carburant
contribue & la distribution efficace du carburant tout en 25 retenant le carburant dans une zone définie.
Le nuage de pulvérisation est de préférence contenu dans un volume cônique défini par un angle qui n'est pas
inférieur à environ 90' et va jusqu'à environ 210'.
Le carburant entraîné dans l'air peut être fourni dans 30 la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une lumière contrôlée par une soupape à champignon, la soupape étant pourvue d'une pluralité d'encoches espacées autour de la périphérie de la partie marginale d'extrémité. La présence de ces encoches ménage deux trajets alternatifs pour le mélange carburantgaz, un trajet extérieur formé par les parties non-encochées du bord d'extrémité de l'élément de soupape et un autre trajet à travers les encoches dont les bords sont déplacés radialenent vers l'intérieur à partir du bord
d'extremité de l'élément de soupape.
La surface de la soupape sur laquelle les mélanges carburant-gaz passent lorsque la soupape est ouverte est de préférence d'une forme conique divergente de telle sorte que le mélange carburant-gaz en provenance du bord d'extrémité sera maintenu initialement dans cette direction d'écoulement 10 pour former une nappe extérieure de gouttelettes de
carburant entraiînée par les gaz. Cependant si le bord d'extrémité est interrompu par les encoches, au moins une certaine quantité de carburant et de gaz passera à travers l'encoche et sortira ainsi de la soupape vers l'intérieur du 15 bord d'extrémité de celle-ci.
Le mode de réalisation décrit ci-dessus de la soupape à champignon forme un nuage de carburant et de gaz intimement mélangé et est en conséquence un mélange à haut degré d'allumage avec une faible pénétration dans la charge 20 de gaz dans la chambre de combustion. Ce nuage peut être logé dans la chambre de combustion très près de la bougie en disposant de façon appropriée la buse d'injection par rapport & la bougie. La dimension des particules du
carburant dans le nuage est de préeférence de l'ordre de 10 25 microns (diamètre moyen Sauter).
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de
la description qui suit faite avec référence aux dessins
annexés dans lesquels: Figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un cylindre d'un moteur à deux temps dans lequel l'invention peut être utilisée; Figure 2 est une vue en coupe d'un injecteur de carburant qui peut être utilisé dans la mise en oeuvre de l'invention. Figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une partie de l'ajutage de l'inJecteur représenté à la
Figure 2.
Figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une forme
préférée de la tête de l'élément de soupape.
Figure 5 montre une élévation en partie en coupe de
l'élément de soupape de la Figure 4.
Figure 6 est une illustration de la formation de nuage de la pulvérisation de carburant obtenue avec la tête de
soupape représentée aux Figures 4 et 5.
Figure 7 est une vue en perspective de la lumière de soupape appropriée pour être utilisée avec une- soupapeàa champignon classique dans la mise en oeuvre de la présente invention. Figure 8 illustre la performance de pénétration comparative de trois buses ou aJutages d'injection différents. Figure 9 illustre la consommation de carburant comparative d'un moteur avec les trois mêmes buses ou
ajutages d'injection utilisés dans les essais représentés à 20 la Figure 8.
Figure 10 illustre le niveau d'hydrocarbure comparatif dans l'échappement du moteur avec les trois mêmes buses ou ajutages d'injection utilisés dans les essais représentés
aux Figures 8 et 9.
En se reportant maintenant à la Figure 1 le moteur 9 est un moteur monocylindre à deux temps de construction générale classique, comprenant un cylindre 10, un carter moteur 11 et un piston 12 effectuant un mouvement alternatif dans le cylindre 10. Le piston 12 est accouplé par l'intermédiaire de la bielle 13 au vilebrequin 14. Le carter - moteur est muni d'orifices ou lumières d'admission d'air 15 équippés de soupapes & lames vibrantes classiques 19, et trois passages de transfert 16 (dont l'un seulement est représenté) font communiquer le carter-moteur avec les lumières de transfert correspondantes, dont deux d'entre
elles sont représentées en 17 et 18, la troisième étant analogue à la lumière 17 sur le côté opposé à la lumière 18.
Un orifice d'échappement 20 est ménagé dans la paroi du cylindre généralement & l'opposé de la lumière de transfert centrale 18. La culasse amovible 21 comprend une cavité de combustion 22 dans laquelle la bougie 23 et l'injecteur de carburant 24 font saillie. La cavité 22 est disposée sensiblement symétriquement par rapport au plan axial du cylindre passant par le centre de la lumière de transfert 18 et de la lumière d'échappement 20. La- cavité 22 s'étend transversalement au cylindre de la paroi du cylindre qui est situé immédiatement au-dessus de la lumière de transfert 18
jusqu'à une certaine distance au-delà de l'axe central du 15 cylindre.
La forme de la section de la cavité 22, dans le plan axial du cylindre mentionné ci-dessus, est sensiblement arquée au point le plus profond ou base 28, l'axe central de l'arc étant relativement plus rapproché de l'axe du cylindre 20 que de la paroi du cylindre au-dessus de la lumière de
transfert 18. L'extrémité de la base arquée 28 la plus rapprochée de la paroi du cylindre, au-dessus de la lumière de transfert 18, se raccorde à une face généralement plane 25 et l'extrémité opposée ou intérieure de la base arquée 28 25 se raccorde avec une face courte relativement inclinée 26.
L'injecteur 24 est situé de manière que la buse se trouve à peu près dans la partie la plus profonde de la cavité 22, alors que la bougie 23 est située dans la face de la cavité qui est la plus éloignée de la lumière de transfert 18. En conséquence, la charge d'air pénétrant dans le cylindre par la lumière de transfert s'écoulera dans la cavité au-del& de l'injecteur 24 vers la bougie et ainsi
transportera le carburant de l'injecteur jusqu'à la bougie.
D'autres détails de la forme de la cavité 22 et du processus de combustion qui en découle sont décrits dans la demande de brevet anglais n 8612601 déposée le 23 mai 1986 et dans la demande de brevet américain correspondante déposée le 26 mai 1986 et intitulée: "Perfectionnements relatifs aux moteurs à combustion interne à deux temps" aux
noms de Schlunke et Davis dont les descriptions sont
incorporées à la présente à titre de référence.
L'injecteur 24 est une partie intégrante d'un système d'injection et de dosage de carburant par lequel le carburant entrainé dans de l'air est envoyé dans la chambre 10 de combustion du moteur par la pression de l'alimentation en air. Une forme particulière d'une telle unité d'injection et de dosage de carburant est représentée sur la Figure 2 des dessins. L'unité de dosage et d'injection de carburant comprend un dispositif de dosage adéquat 30 disponible dans le commerce tel qu'un injecteur à corps d'étranglement du type pour automobile, couplé à un corps d'injecteur 31 muni à l'intérieur d'une chambre de retenue 32. Le carburant est aspiré du réservoir de carburant 35 par une pompe à carburant 36, par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 37 et le carburant est distribué par la lumière d'admission de carburant 33, au dispositif de dosage 30. Le dispositif de dosage, fonctionnant de façon connue en soi, dose une quantité de carburant dans la chambre de retenue 32 25 en fonction de la demande en carburant du moteur. L'excédent de carburant envoyé au dispositif de dosage est renvoyé au réservoir de carburant 35 par l'intermédiaire de la lumière de retour du carburant 34. La réalisation particulière du dispositif de dosage de carburant 30 n'est pas essentielle pour la présente invention et il est possible d'utiliser un
dispositif approprié quelconque.
En fonctionnement, la chambre de retenue 32 est mise sous pression par de l'air fourni par une source d'alimentation en air 38, par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 39, au travers de la lumière d'admission 45 du corps 31. La soupape d'injection 43 est actionnée pour permettre à l'air sous pression de fournir la quantité dosée de carburant, par la lumière d'injection 42 dans une chambre de combustion du moteur. La soupape d'injection 43 est une soupape du type à champignon s'ouvrant vers l'intérieur, en direction de la chambre de combustion, c'est à dire vers l'extérieur de la chambre de maintien. La soupape d'injection 43 est accouplée, par la tige de soupape 44, qui traverse la chambre de retenue 32 à l'armature 41 du solénoïde 47 logé dans le corps d'injecteur 31. La soupape 43 est ramenée en position fermée par le ressort à disque 40 et elle est ouverte par l'excitation du solénoïde 47. L'excitation dusolénoïde 47 est synchronisée 15 en fonction du cycle du moteur pour réaliser l'alimentation en combustible à partir de la chambre de retenue 32 vers'la
chambre de combustion du moteur.
D'autres détails du fonctionnement de ce système d'injection de carburant comportant une chambre de retenue sont décrits dans les demandes de brevets australiens n'
32132/84 et 46758/85 et dans les demandes de brevets américains correspondantes n' 740067 déposées le 2 avril 1985 et n' 849501 au nom de M. XcKay dont les descriptions
sont incorporées dans la présente description à titre de 25 référence.
La Figure 3 représente la soupape d'injection 43 décrite ci-dessus et la partie adjacente du corps d'injecteur 31. La soupape d'injection 43 est accouplée par la tige de soupape 44 qui est actionnée à son tour par le solénoïde 47 comme cela est représenté à la Figure 2.Le déplacement radial de la soupape est contrôlé par la portée des trois surfaces périphériques 41 ménagées sur la paroi de la chambre de retenue 32. Des faces d'étanchéité raccordées et 51 sont ménagées sur la soupape 43 et dans la lumière 35 48. Ces faces font entre elles un angle de 120'. Lorsque la soupape 43 est actionnée, les faces 50 et 51 se séparent laissant entre elles une gorge 52 à travers laquelle le carburant et le gaz comprimé sont admis dans la chambre de combustion. La forme de,la buse influencera le degré de pénétration du carburant dans la chambre de combustion. Une forme particulière de l'élément de soupape utilisé dans l'unité de dosage et d'injection décrite ci-dessus est
illustrée aux Figures 4 et 5.
Comme on peut le voir sur les Figures 4 et 5, douze encoches ou fentes 65 sont régulièrement espacées autour de la périphérie de la tête de la soupape à champignon et une face de fermeture étanche annulaire 61 coopère en cours d'utilisation, avec une face de fermeture étanche correspondante ménagée sur l'orifice de la buse comme précédemment décrit. L'angle de la face de fermeture étanche 61 est normalement de 120' mais peut présenter tout autre angle approprié par exemple un angle de 90' peut quelquefois
être utilisé.
Dans le mode de réalisation représenté à la Figure 4 douze encoches sont espacées régulièrement autour du périmètre de la tête de la soupape à champignon avec un angle entre les parois radiales opposées de chaque encoche de 14,5'. Dans la soupape particulière représentée le diamètre total de la tête de soupape est de 4,9mm et la largeur de l'encoche entre les côtés opposés 66 de celle-ci à la périphérie est de 0,7mm et la profondeur minimale sur
l'axe de l'encoche de 0,7mm.
La base 67 de l'encoche peut présenter une forme.autre 30 que parallèle à l'axe de la soupape et de façon caractéristique peut être inclinée vers l'intérieur et vers le bas vers l'axe de la soupape comme représenté de telle sorte que la profondeur de l'encoche & la face inférieure de la soupape soit plus grande qu'-à la face supérieure. De 35 façon caractéristique l'angle de la base inclinée par
Z602278
rapport à l'axe de la soupape peut être de l'ordre de 30*.
Dans d'autres variantes le plan de la base de l'encoche peut être parallèle à l'axe de la soupape ou incurvé dans un sens ou dans l'autre de telle sorte qu'ainsi la profondeur de la fente augmente à partir du sommet vers le fond ou viceversa. Avec une tête de soupape telle que réalisée ci-dessus le mélange de carburant et d'air en provenance de la soupape
forme une nuage de gouttelettes de carburant légèrement en10 dessous de la tête de soupape.
En se référant maintenant à la Figure 6, les courants périphériques 70 de carburant et de gaz en provenance de 'la partie non encochée de la soupape peuvent être légèrement
plus riches en carburant que les courants intérieurs.
Comme cela a été précédemment décrit les courants se déplacent à une certaine distance de la soupape et diminuent de vitesse, les courants se brisent dans un brouillard de combustible, ce brouillard est amené vers l'intérieur à partir des courants périphériques 70 pour former dans les confins généraux de la nappe des courants un nuage sensiblement continu 72 de fines gouttelettes de carburant
dispersées dans une masse d'air.
On notera que les courants principaux 70 sortent du bord de la soupape suivant un trajet divergent en forme de rideau conique et du fait du gradient de pression ainsi produit développent un courant d'air généralement toroïdal 73 dans le volume délimité par les courants 70 carburantair. Les parties du courant toroïdal adjacent aux courants sont dans la même direction que ceux-ci. Ainsi la partie 30 extérieure extrême de ce courant d'air toroïdal prend les gouttelettes de carburant & partir des courants périphériques 70 et les amène vers l'intérieur pour les disperser dans l'air se déplaçant dans le courant circulaire ce qui améliore la distribution et limite la pénétration du 35 carburant à partir de la buse d'injection. Ainsi l'effet de ce courant d'air toroïdal 73 est d'empêcher généralement la dispersion vers l'extérieur et vers le bas des gouttelettes de carburant qui provoqueraient un nuage de gouttes de carburant relativement dispersé et de transporter les gouttes de carburant vers le centre de telle sorte qu'un
nuage de carburant concentré soit établi.
Les effets bénéfiques sur le contrôle de la pénétration de la pulvérisation de carburant peuvent aussi être obtenus avec une série d'encoches dans la lumière avec 10 une soupape à champignon classique sans encoche pour ouvrir et fermer la lumière. Une configuration caractéristique d'un
orifice ou lumière encoché est représentée à la Figure 7.
- La lumière présente une face de fermeture étanche annulaire 80 qui en cours d'utilisation coopère avec une face de fermeture étanche correspondante ménagée sur la soupape à champignon. En aval de la face de fermeture étanche 80 est prévue une face d'extrémité annulaire 81généralement perpendiculaire à l'axe de la lumière et une
face interne généralement cylindrique d'interconnexion 84.
Douze encoches 82 régulièrement espacées sont ménagées dans la face d'extrémité 81 en s'étendant à partir de la face interne 84 vers la face périphérique externe 83. De préférence les parois opposées 85 des encoches sont parallèles. La base des encoches est de préférence plate et 25 parallèle à la face d'extrémité 81. La profondeur de l'encoche est telle que la partie de la charge carburant-air passant à travers la lumière vers l'encoche lorsque la soupape est ouverte ne viendra pas frapper la surface cylindrique 84 et passera à travers l'encoche dégagée. La partie de la charge carburant-air qui vient frapper sur la surface cylindrique 84 entre les encoches 82 est déviée pour
passer le long de cette face.
La disposition des encoches dans la lumière décrite ci-dessus divisera le mélange carburant-air provenant de la 35 lumière en deux nappes de gouttelettes de carburant, une nappe extérieure sortant des encoches 82 et une nappe intérieure sortant des parties non encochées de la face interne 81. Dans cette disposition la nappe extérieure est divergente par rapport à l'axe de la lumière et continue généralement en direction de la face de fermeture étanche 80 alors que la nappe intérieure est généralement de forme
cylindrique suivant la face interne 81.
Le nuage de carburant créé par la lumière encochée pénètre aussi en bas comme le nuage provenant d'une soupape 10 encochée du même angle, et ainsi le nuage de carburant résultant peut être retenu principalement dans une cavité de combustion ménagée dans la tête de cylindre telle que la cavité 22 représentée sur la Figure 1. Egalement, lorsque l'on utilise la forme de lumière encochée ci-dessus les deux nappes de gouttelettes de carburant fournissent une exposition accrue du carburant & l'air pour améliorer
l'aptitude à l'allumage et à la combustion.
La Figure 8 est une série de graphiques des distances en fonction du temps de la pulvérisation du combustible à partir de trois buses d'injection différentes. Les données utilisées pour établir ces graphiques ont été obtenues en ' injectant du kérosène à partir des buses respectives dans l'air immobile à la pression atmosphérique. Le kérosène a été utilisé & la place de l'essence pour des raisons de sécurité et les distances et les vitesses obtenues avec le kérosène ne différeront pas de façon significative de celles obtenues avec l'essence. Chacun des tracés représenté à la Figure 8 a été obtenu en utilisant une unité de dosage et d'injection de carburant de construction générale telle que 30 représentée à la Figure 2 avec une alimentation d' air à une pression de 550 KPa- une poussée de la soupape d'injection de 0,35mm et une masse de combustible de l'ordre de 5,1 à 5,35 mE. Le tracé 90 sur la Figure 8 a été obtenu avec une buse 35 d'injection ayant une soupape du type champignon lisse située dans une cavité ménagée dans l'extrémité de la buse, la cavité ménageant une paroi genéralement cylindrique entourant la soupape lorsque la soupape était dans la position ouverte. Ce mode de réalisation produit une pulvérisation à forte pénétration retenue radialement. La pente du tracé 90 représente la vitesse de la pulvérisation qui est de l'ordre de 50 mètres/s & une distance axiale de 25mm de la buse et est encore d'environ 45 mètres/s à une
distance située entre 50 mm et 70mm de la buse.
Le tracé 91 de la Figure 8 a été obtenu avec une buse d'injection baséesur celle utilisée pour le tracé 90 et modifiée pour présenter des encoches dans la paroi cylindrique entourant la soupape, généralement sous la forme précédemment décrite en référence à la Figure 7 des dessins. 15 La buse a fourni des vitesses de pulvérisation en direction axiale d'environ 20 mètres/s à 25 mm de la buse et d'environ
12 mètres/s à environ 50 à 70 mm de la buse.
Le tracé 92 de la Figure 8 a été obtenu en utilisant une buse d'injection de construction générale telle que décrite en référence aux Figures 4 et 5 ayant une série d'encoches à la périphérie de la soupape. Cette construction assure la distance de pénétration la plus faible des trois buses essayées. A une distance axiale d'environ 30mm de la buse la vitesse de pulvérisation est d'environ 12 mètres/s et de 50 à 60 mm de la buse la vitesse est d'environ 7 mètres/s. La Figure 9 représente une autre série de graphiques montrant la consommation de carburant d'un moteur en fonction du couple pour chacune des trois mémes buses d'injection telles que décrites précédemment en regard de la Figure 8. Dans ce graphique les tracés sont référencés 90A, 91A, et 92A et représentent ainsi les tracés de consommation de carburant pour les buses d'injection correspondant respectivement aux tracés 90,91 et 92 de la Figure 7. On notera d'après la Figure 9, qu'en particulier dans la zone à bas couple des économies de consommation de carburant sensibles sont réalisées en utilisant les puivérisations de carburant à faible pénétration telles que représentées par
les tracés 91 et 92 de la Figure 8.
La Figure 10 est une autre série de graphiques de teneur en hydrocarbure CHC) dans les gaz d'échappement du moteur, en fonction du couple du moteur avec les trois tracés référencés 90B,91B, et 92B pour indiquer quels sont les chiffres d'hydrocarbures <HC) obtenus en utilisant les buses d'injection telles-que représentées respectivement par les tracés 90,91 et 92 de la Figure 8. On notera une fois encore que les deux buses & faible pénétration telles que représentées par les tracés 91B et 92B assurent une réduction significative des hydrocarbures dans les gaz d'échappement comparativement à la pulvérisation &
pénétration élevée représentée par le tracé 90B.
On comprend que la présente invention peut être appliquée à toute forme de système d'injection de carburant 20 dans lequel le carburant est entraîné dans l'air ou dans un autre gaz, en particulier un gaz supportant la combustion et amené dans une chambre de combustion à travers une buse d'injection. Dans un système d'injection de carburant particulier une quantité dosée de carburant est fournie dans une masse d'air et le mélange ainsi formé air et carburant est déchargé à travers une buse, à l'ouverture de la buse, par la pression diférentielle existant entre la masse d'air et la charge de gaz dans la chambre de combustion du moteur. La 30 masse d'air peut être statique ou mobile lorsque le carburant est dosé & l'intérieur de celle-ci. Le mode de dosage du carburant peut être de tout type approprié y compris par alimentation de carburant sous pression qui est amené pour une période de temps réglable dans la masse d'air 35 ou des quantités dosées individuelles de carburant délivrées
par de l'air pulsé.
Le degré de pénétration du carburant dans la chambre de combustion peut être contrôlé par la forme de la soupape à champignon ou de la lumière telle que décrite ci-dessus, et/ou par le contrôle de la pression différentielle à travers la buse, et/ou le degré de poussée de l'élément de
soupape contrôlant l'écoulement à travers la buse.
Des systèmes d'injection de carburant et des dispositifs de dosage appropriés pour la mise en oeuvre de la présente invention sont décrits dans les brevets américains 4,462,760 et 4,554,945 et les demandes de brevets internationaux n PCT/AU 84/00150 et PCT/AU
/00176.
Dans la présente description on a fait référence
à l'utilisation de la présente invention en combinaison avec un moteur fonctionnant selon un cycle à deux temps et avec allumage par étincelle, cependant il doit être bien compris que l'invention est également applicable à des moteurs fonctionnant selon le cycle à quatre temps. L'invention est 20 applicable aux moteurs à combustion interne destinés à toutes applications, mais elle est particulièrement utile pour contribuer aux économies de carburant et au contrôle des émissions d'échappement dans des moteurs destinés aux
véhicules y compris les automobiles, les motocyclettes, et 25 les bateaux y compris les moteurs hors-bors.
Claims (25)
1. Procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend l'entraînement d'une quantité de carburant dosée dans un gaz, la fourniture du mélange carburant-gaz ainsi formé dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une buse d'injection dans des conditions telles qu'elle établit une pulvérisation de carburant ayant une vitesse de dispersion en direction de l'axe de la pulvérisation qui ne soit pas supérieure à 25 mètres/s à 35 mm de pénétration de pulvérisation à partir de la buse d'injection mesurée sous pression atmosphérique
dans l'air immobile.
2. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite vitesse de dispersion de la pulvérisation dans la direction de l'axe de la pulvérisation est inférieure à 18 mètres/s à 70mm de pénétration de pulvérisation sous pression atmosphérique
dans l'air immobile.
3. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vitesse de dispersion de la pulvérisation à ladite pénétration de 35mm
est inférieure à 18 mètres/s.
4. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite vitesse de dispersion de pulvérisation à ladite pénétration de 35mm est
de 6 à 10 mètres/s.
5. Procédé d'injection de carburant selon l'une
quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la
vitesse de dispersion de la pulvérisation dans la direction 30 perpendiculaire à l'axe de la pulvérisation est inférieure à mètres/s à une distance radiale de S5mm & partir dudit axe.
6. Procédé d'injection de carburant selon l'une
quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la 35 vitesse de dispersion de la pulvérisation dans la direction
perpendiculaire & l'axe de la pulvérisation est inférieure a
mètres/s à 35 mm dudit axe.
7. Procédé d'injection de carburant selon l'une
quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la 5 quantité dosée de carburant est fournie dans une chambre
contenant du gaz pour entraîner le carburant dans ledit gaz et une lumière est ouverte de façon sélective pour faire communiquer la chambre avec la chambre de combustion, ledit gaz contenu dans la chambre étant sous pression pour fournir 10 le mélange carburant-gaz dans la chambre de combustion
lorsque la lumière est ouverte.
8. Procédé d'injection de carburant selon l'une
quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce
qu'il comprend l'étape de formation des trajets respectifs 15 préférés pour le mélange carburant-gaz lorsqu'il passe à travers la lumière pour former une première nappe de
gouttelettes de carburant entraînée dans le gaz de section.
transversale généralement circulaire et une seconde nappe
de gouttelettes de carburant entraînée dans le gaz dans la 20 région définie par la première nappe sortant de la lumière.
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que la première nappe de gouttelettes de carburant entraînée dans le gaz diverge vers l'extérieur par rapport à
l'axe de la nappe.
10. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 & 7 caractérisé en ce que le carburant entraîné dans le gaz est injecté dans la chambre de combustion à travers une lumière et comprend le déplacement
sélectif d'un élément de soupape par rapport à la lumière pour ouvrir et fermer la lumière, ladite lumière et ledit élément de soupape définissant un passage annulaire lorsque la lumière est ouverte, ledit passage ayant une série d'encoches le long d'au moins une partie d'au moins un des bords périphériques dudit passage annulaire, ledit carburant 35 entraîné dans le gaz étant projeté à travers le passage, une partie de celui-ci passant à travers lesdites encoches, lesdites encoches étant disposées de manière & former une nappe de fines gouttelettes de carburant entraînées dans le gaz sortant & travers celles-ci dans la chambre de combustion suivant un trajet différent de celui du reste des fines gouttelettes de carburant entraînées dans le gaz
sortant du passage annulaire.
11. Procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à deux temps à allumage par étincelle caractérisé en ce qu'il comprend l'entraînement d'une quantité dosée de carburant dans un gaz, la fourniture du mélange carburant-gaz ainsi formé- dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une buse d'injection dans des conditions telles qu'elle établit une pulvérisation de carburant ayant une vitesse de dispersion dans la direction de l'axe de la pulvérisation qui ne soit pas supérieure à 25 mètres/s à 35mm de pénétration de pulvérisation à partir de la buse d'injection mesurée sous
pression atmosphérique dans l'air immobile.
12. Procédé d'injection de carburant selon l'une
quelconque des revendications 1 ou 11 caractérisé en ce que la chambre de combustion est formée entre une tête de cylindre et un piston animé d'un mouvement de va et vient
dans un cylindre, ladite tête de cylindre présentant une cavité ouverte vers le piston, ledit procédé comportant l'étape d'injection du mélange carburant-gaz dans la chambre de combustion & travers une paroi de ladite cavité dans une
direction orientée vers le piston.
13. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 11 ou 12 caractérisé en ce que ladite vitesse
de dispersion de pulvérisation dans le 'sens de l'axe de pulvérisation est inférieure & 18 mètres/s à 70Omm de pénétration de pulvérisation sous pression atmosphérique
dans l'air immobile.
14. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 11 ou 12 caractérisé en ce que ladite vitesse de dispersion de pulvérisation & ladite pénétration de 35mm
est de 6 à 10 mètres/s.
15. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 11 ou 12 caractérisé en ce que la quantité
dosée de carburant est fournie dans une chambre contenant du gaz pour entraîner le carburant dans ledit gaz, et une lumière est ouverte de façon sélective pour faire communiquer la chambre avec la chambre de combustion, ledit 10 gaz contenu dans la chambre étant sous pression pour fournir le mélange carburant-gaz dans la chambre de combustion
lorsque la lumière est ouverte.
16. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 11 ou 12 caractérisé en ce qu'il comprend
l'étape de formation activée de trajets respectifs préférés pour le mélange carburant-gaz lorsqu'il passe à travers la lumière pour produire une première nappe de gouttelettes de carburant entraînées dans le gaz de section transversale généralement circulaire et une seconde nappe de gouttelettes de carburant entraînées dans le gaz dans la
région définie par la première nappe sortant de la lumière.
17. Procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à allumage par étincelle caractérisé en en que la chambre de combustion est formée entre une tête de cylindre et un piston animé d'un mouvement de va et vient dans un cylindre, ladite tête de cylindre ayant une cavité ouverte vers le piston caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'entraînement d'une quantité dosée de carburant dans un gaz 30 et de fourniture dudit carburant entraîné dans le gaz dans la chambre de combustion à travers une lumière, l'ouverture de façon sélective de ladite lumière pour assurer ladite fourniture par déplacement d'un élément de soupape par rapport & ladite lumière pour ouvrir et fermer la lumière, 35 ladite lumière et ledit élément de soupape définissant un passage annulaire lorsque la lumière est ouverte, le carburant entraîné dans le gaz étant fourni à travers ladite lumière dans des conditions telles qu' une pulvérisation de carburant est établie ayant une vitesse de dispersion dans le sens de l'axe de pulvérisation qui n'est pas supérieure à mètres/s à 35mm de pénétration de pulvérisation à partir de la buse d'injection mesurée sous pression atmosphérique
dans l'air immobile.
18. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 17 caractérisé en ce que ledit passage présente une série d'encoches le long d'au moins une partie d'au moins un des bords périphériques dudit passage annulaire ledit carburant entraîné dans le gaz étant projeté à travers ledit passage avec une partie de celui-ci passant 15 à travers lesdites encoches, lesdites encoches étant disposées de manière à former une nappe de gouttelettes de carburant entraînées dans le gaz sortant à travers celles-ci dans la chambre de combustion suivant un trajet différent du
reste des gouttelettes de carburant entraînées dans le gaz 20 provenant du passage annulaire.
19. Procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture d'une quantité dosée de carburant dans une chambre de combustion par l'intermédiaire d'une buse d'injection dans des conditions telles qu'une pulvérisation de carburant est obtenue ayant une vitesse de dispersion en direction de l'axe de pulvérisation qui ne soit pas supérieure & 25 mètres/s à 35mm de pénétration de pulvérisation & partir de 30 la buse d'injection mesurée sous pression atmosphérique dans
l'air immobile.
20. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 19 caractérisé en ce que ladite vitesse de dispersion de pulvérisation dans le sens de l'axe de 35 pulvérisation est inférieure & 18 mètres/s à 70mm de pénétration de pulvérisation sous pression atmosphérique
dans l'air innmmobile.
21. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 19 caractérisé en ce que la vitesse de dispersion de pulvérisation à ladite pénétration de 35mm est
inférieure & 18 mètres/s.
22. Procédé d'injection de carburant selon l'une
quelconque des revendications 19,20 ou 21 caractérisé en ce 10 que la vitesse de dispersion de pulvérisation dans une
direction perpendiculaire à l'axe de la pulvérisation est inférieure à 20 mètres/s à une distance radiale de 35mm à
partir dudit axe.
23. Moteur à combustion interne d'automobile caractérisé en ce qu'il comporte un système d'injection de carburant destiné à fonctionner conformément au procédé
selon l'une quelconque des revendications 1 à 22
24. Véhicule de transport routier caractérisé en ce qu'il est équipé d'un moteur & combustion interne comportant un système d'injection de carburant destiné à fonctionner conformément au procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 22
25. Moteur à combustion interne de marine hors-bord comportant un système d'injection de carburant destiné à fonctionner conformément au procédé selon l'une quelconque
des revendications 1 à 22.
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