FR2822499A1

FR2822499A1 - Agencement de carburateur

Info

Publication number: FR2822499A1
Application number: FR0203532A
Authority: FR
Inventors: Georg Maier; Martin Benholz; Gunter Wolf; Philip Neumann
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2002-09-27
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: US6607574B2; DE10114420A1; FR2822499B1; US20020135083A1

Abstract

Un agencement de carburateur destiné à un moteur thermique (1) qui entraîne un outil de travail comprend un canal d'aspiration ou d'admission (3) traversant un carburateur (2). Le canal d'aspiration présente, sur le côté du carburateur, éloigné du moteur thermique, une ouverture d'aspiration (4). Il est prévu une paroi de chicane (5) qui recouvre au moins partiellement l'ouverture d'aspiration (4) et qui, transversalement à l'axe longitudinal (6) du canal d'aspiration (3), est disposée à distance de l'ouverture d'aspiration (4). La paroi de chicane et l'ouverture d'aspiration forment une chambre intermédiaire de chicane (7). Au moins un premier tronçon partiel (8) de la paroi de chicane (5) est incliné par rapport à l'axe longitudinal (6) avec un angle d'inclinaison (gamma1) tel, que des gouttelettes de carburant (9) sortant du canal d'aspiration (3) et frappant le premier tronçon de chicane (8) de la paroi de chicane (5) forment un film de carburant (10).

Description

L'invention concerne un agencement de carburateur destiné à un moteur thermique ou moteur à combustion interne qui entraîne un outil de travail, comprenant un canal d'admission d'aspiration qui est formé dans le carburateur et présente, sur le côté du carburateur éloigné du moteur thermique, une ouverture d'aspiration, et une paroi de chicane qui recouvre au moins partiellement l'ouverture d'aspiration et qui, transversalement à l'axe longitudinal du canal d'aspiration, est disposée à distance de l'ouverture d'aspiration en formant une chambre intermédiaire de chicane.

Dans des moteurs thermiques pour l'entraînement d'outils de travail tels que des tronçonneuses à chaîne, des aspirateurs/souffleurs, des débroussailleuses ou outils similaires, il est prévu un carburateur par le canal d'aspiration duquel est aspiré de l'air de combustion. Dans le carburateur est préparé un mélange carburant/air qui est amené au carter moteur ou carter de vilebrequin d'un moteur thermique. La phase d'aspiration ou d'admission est discontinue, parce que le cycle d'admission d'un moteur thermique ne se situe que sur environ une plage inférieure à un demi-tour de vilebrequin. Durant ce temps, le piston d'un moteur à deux temps libère une lumière d'admission par laquelle le mélange carburant/air pénètre dans le carter moteur. Après achèvement de la phase d'admission, le piston ferme la lumière d'admission, de sorte que la phase d'admission est interrompue temporairement. Des conditions comparables apparaissent dans le cas d'un moteur à quatre temps, par l'ouverture et la fermeture de la liaison entre le cylindre et le canal d'admission, au moyen d'une soupape.

En raison des forces d'inertie et d'élasticité de la colonne de mélange de carburant/air accélérée dans le sens d'aspiration dans le canal d'aspiration ou d'admission, il se forme une onde de pression réfléchie sur la lumière d'admission fermée et qui se propage à travers le canal d'aspiration, à l'encontre du sens d'aspiration. Notamment dans le cas d'un papillon des gaz entièrement ouvert dans le carburateur, cette onde de pression peut traverser le canal d'aspiration jusqu'à l'ouverture d'aspiration à l'autre extrémité de celui-ci et se propager par exemple dans l'espace intérieur d'un carter de filtre à air placé en amont. Des gouttelettes de carburant du mélange carburant/air formé dans le carburateur, peuvent être entraînées par cette onde de pression,

à l'encontre du sens d'aspiration, et être extraites du canal d'aspiration. La part de carburant parvenue dans l'espace intérieur du filtre à air y conduit à un encrassement, ce qui obstrue le filtre à air en provoquant une perte de puissance. L'ouverture d'aspiration du canal d'aspiration constitue pour la colonne de gaz une extrémité ouverte également susceptible de produire une réflexion. La colonne de gaz peut osciller dans le canal d'aspiration, une résonance pouvant apparaître pour une vitesse de rotation donnée, ce qui accentue l'effet non voulu de l'extraction de carburant.

Pour éviter l'envoi de carburant dans le carter de filtre à air, on connaît des agencements de carburateur dans lesquels devant l'ouverture d'aspiration, à distance de celle-ci, est disposée une paroi de chicane, la paroi de chicane recouvrant au moins partiellement l'ouverture d'aspiration. L'onde de pression sortant de l'ouverture d'aspiration est partiellement réfléchie par la paroi de chicane et renvoyée dans le canal d'aspiration, en commun avec les gouttelettes de carburant ayant été entraînées. En raison de la masse volumique relativement élevée des gouttelettes de carburant par rapport à l'air, celles-ci ne peuvent être freinées sans retard, ce qui fait qu'une partie des gouttelettes de carburant viennent frapper la paroi de chicane et doivent s'y écouler. Mais il s'est avéré que les gouttelettes de carburant avaient tendance à éclater lors de leur impact, les gouttelettes de carburant plus fines ainsi formées étant entraînées par l'onde de pression vers l'espace intérieur du filtre à air en contournant la paroi de chicane.

Le but de l'invention consiste à développer un agencement de carburateur de manière à minimiser l'entrée de carburant dans le carter de filtre à air.

Ce but est atteint au moyen d'un agencement de carburateur caractérisé en ce qu'au moins un premier tronçon partiel de la paroi de chicane est incliné par rapport à l'axe longitudinal avec un angle d'inclinaison tel que des gouttelettes de carburant sortant du canal d'aspiration et frappant le premier tronçon de chicane de la paroi de chicane forment un film de carburant.

À cet effet, il est donc proposé de disposer au moins un tronçon partiel de la paroi de chicane, ou bien également la paroi de chicane entière, de manière inclinée par rapport à l'axe longitudinal du canal d'aspiration, selon un angle d'inclinaison de construction. L'angle d'inclinaison est ici choisi de

manière telle que les gouttelettes de carburant sortant du canal d'aspiration et entraînées par l'onde de pression réfléchie n'éclatent pas lors de leur impact, mais se déposent au contraire sous forme de film de carburant sur la paroi de chicane. Ce film de carburant peut être évacué de manière définie de la paroi de chicane et à nouveau être envoyé dans le canal d'aspiration. En empêchant l'éclatement des gouttelettes de carburant lors de l'impact, on évite la réflexion, sur la paroi de chicane, de petites gouttelettes de carburant individuelles se formant lors de l'impact, et ainsi également leur entrée dans l'espace intérieur du filtre à air. On évite ainsi aussi bien un encrassement du filtre à air que, dans le cas d'un recyclage du film de carburant de la paroi de chicane dans le canal d'aspiration, une perte de carburant.

Selon un développement avantageux, il est prévu une paroi de fermeture qui relie un bord inférieur de la paroi de chicane à un autre bord inférieur de l'ouverture d'aspiration. La paroi de fermeture est située, relativement au sens de la gravité, dans le bas, pour la position de travail habituelle de l'outil de travail, la gravité contribuant ainsi à l'écoulement du film de carburant de la paroi de chicane sur la paroi de fermeture. Là, le film de carburant est ramené de manière simple, sans mesure d'assistance telle que par exemple une pompe ou similaire, dans le canal d'aspiration par l'écoulement d'air aspiré balayant ladite paroi de fermeture. Ledit premier tronçon partiel est ici avantageusement incliné par rapport à l'axe longitudinal de façon telle que la section transversale de la chambre de chicane s'élargisse à partir de l'axe longitudinal en direction de la paroi de fermeture. En raison d'une telle orientation de l'angle d'inclinaison, l'énergie cinétique des gouttelettes de carburant sortant de l'ouverture d'aspiration agit avec une composante dirigée vers la paroi de fermeture lors de l'impact sur la paroi de chicane. Cette composante de force agit sur le film de carburant dans le sens de la gravité et en y contribuant, avec pour conséquence, sans autres moyens auxiliaires, une amélioration du transport du film de carburant en direction de la paroi de fermeture et de là dans le canal d'aspiration. La paroi de chicane et la paroi de fermeture se raccordent avantageusement l'une à l'autre de manière arrondie, ce qui permet l'établissement, au niveau de l'arrondi, d'un écoulement d'air défini, qui permet également dans cette zone un transport propre du film de

carburant en empêchant la formation de zones d'accumulation non souhaitées. La paroi de fermeture se raccorde ici de manière régulière et notamment de manière rectiligne à une paroi de canal, à savoir la paroi inférieure, du canal d'aspiration, ce qui fait que le film de carburant peut être envoyé avec une faible résistance dans le canal d'aspiration. De plus, on réduit ainsi la résistance à l'écoulement de l'air aspiré.

Selon un développement avantageux, de chaque côté de la paroi de chicane et de la paroi de fermeture, sont prévues respectivement des autres parois ou parois latérales, qui forment en commun un pot de chicane comportant une ouverture d'entrée d'écoulement située à l'opposé de la paroi de fermeture. Grâce à un tel pot de chicane, l'on réalise à l'aide de moyens simples des conditions d'écoulement précises, définies, aussi bien pour la phase d'aspiration que pour la phase de réflexion, avec pour conséquence une faible résistance à l'aspiration et une possibilité de réglage, défini et précis sur le plan de la construction, de l'angle d'inclinaison de la paroi de chicane. Lesdites parois latérales se raccordent également de manière arrondie à la paroi de chicane et à la paroi de fermeture, parce qu'une partie du film de carburant peut également se déposer sur ces parois. Cette zone du film de carburant peut, au niveau de ces arrondis, être bien évacuée en conséquence, par l'écoulement d'air aspiré. Globalement, la configuration arrondie permet également d'obtenir une réduction supplémentaire de la résistance à l'écoulement d'aspiration.

Selon un développement avantageux, la paroi de chicane comporte un second tronçon partiel, qui est incliné par rapport à l'axe longitudinal, d'une manière comparable au premier tronçon partiel décrit plus haut, en vue de la formation d'un film de carburant. L'angle d'inclinaison du second tronçon partiel est choisi de manière telle que la section transversale de la chambre de chicane s'élargisse à partir de l'axe longitudinal en direction de l'ouverture d'entrée d'écoulement. Cela permet de prendre en considération le fait que dans la zone de l'ouverture d'entrée d'écoulement, l'onde de pression sortant du canal d'aspiration présente, en commun avec les petites gouttelettes de carburant entraînées, une composante de vitesse angulaire par rapport à l'axe longitudinal du canal d'aspiration, en direction de l'ouverture d'entrée d'écou-

lement. Le second tronçon partiel, incliné de manière opposée au premier tronçon partiel, conduit de ce fait, également dans cette zone, à un angle d'incidence plat des gouttelettes de carburant, ce qui favorise une formation de film du carburant également à proximité de l'ouverture d'entrée d'écoulement. La section transversale du pot de chicane, qui s'élargit en direction de l'ouverture d'entrée d'écoulement, conduit en outre à une résistance à l'aspiration moindre. Selon un développement avantageux, les deux tronçons partiels sont adjacents l'un de l'autre, en formant avantageusement un bord ou une arête. On évite ainsi une zone de transition dans laquelle les gouttelettes de carburant pourraient présenter une incidence d'angle obtus.

On favorise ainsi la formation d'un film de carburant sur la totalité de la zone de la paroi de chicane.

Des recherches analytiques et empiriques ont montré que l'effet de la formation réfléchissante de gouttelettes ou d'une formation de film sur la paroi de chicane dépend de deux nombres sans dimension, à savoir le nombre de Reynolds Re et le nombre de Laplace La. La grandeur caractéristique de similitude Re décrit ici le rapport de la vitesse des gouttelettes et du diamètre des gouttelettes à la viscosité cinématique du carburant. Lors de l'impact des gouttelettes de carburant sur la paroi de chicane, c'est la composante de vitesse normale à la surface de la paroi de chicane, qui est une fonction de l'angle d'incidence, qui est significative. Le nombre de Reynolds est donc également une fonction de l'angle d'inclinaison de la paroi de chicane. La grandeur caractéristique de similitude La décrit les propriétés d'une gouttelette de carburant, à savoir que son diamètre ainsi que sa tension superficielle et sa densité de matière sont en relation avec le carré de la viscosité du carburant.

Des recherches plus précises ont montré que la formation d'un film sur la paroi de chicane se produit lorsque le nombre de Reynolds Re # 24xLa0. 419.

Pour régler un nombre de Reynolds suffisamment faible dans le cas de l'essence en guise de carburant, il s'est avéré avantageux d'utiliser un angle d'inclinaison de la paroi de chicane, ou respectivement de ses deux tronçons partiels, qui soit < 70 , ce qui permet de garantir la formation de film souhaitée et d'empêcher la réflexion de gouttelettes non souhaitée.

Un exemple de réalisation de l'invention va être explicité plus en détail dans la suite, au regard des dessins annexés, qui montrent : - Figure 1 une vue d'ensemble schématique d'un moteur thermique com- portant un carburateur en amont duquel est placé un pot de chicane ; - Figure 2 une représentation en section transversale de détails du pot de chicane selon la Figure 1.

La Figure 1 montre selon une vue d'ensemble schématique, un moteur thermique 1 sous la forme, à titre d'exemple, d'un moteur monocylindre à deux temps en guise de moteur d'entraînement pour un outil de travail non représenté. Sur un carter de moteur 23 simplement esquissé, est placé un cylindre 21 dans lequel un piston non représenté plus en détail entraîne, par l'intermédiaire d'une bielle également non représentée et d'un vilebrequin, une roue de ventilateur 24, autour d'un axe de vilebrequin 25. Latéralement au cylindre 21 est prévu un silencieux d'échappement 22. Sur le côté du cylindre 21, opposé à celui où se trouve le silencieux d'échappement 22, est prévu un canal d'admission ou d'aspiration 3 dans lequel est placé un carburateur 2 pour la formation d'un mélange carburant/air. Le canal d'aspiration 3 débouche, sur le côté du carburateur 2 éloigné du moteur thermique 1, par une ouverture d'aspiration 4, dans l'espace intérieur 31 d'un carter de filtre à air 30. Dans l'espace intérieur 31 est prévu un pot de chicane 17 dont la paroi de chicane 5 est disposée transversalement à l'axe longitudinal 6 du canal d'aspiration 3 et à distance de l'ouverture d'aspiration 4. Le sens de la gravité est représenté par la flèche 11. Le moteur thermique 1 est montré, relativement au sens de la gravité 11, dans sa position de fonctionnement habituelle, dans laquelle l'outil de travail qu'il entraîne est porté et guidé ou man#uvré habituellement, par exemple au moyen d'une poignée. Les bords 12, 13, qui sont les bords inférieurs de la paroi de chicane 5 et respectivement de l'ouverture d'aspiration 4, en se référant au sens de la gravité 11, sont reliés mutuellement par l'intermédiaire d'une paroi de fermeture 14. Il peut également s'avérer utile de prévoir, à la place de la paroi de fermeture 14, par exemple un dispositif de collecte de carburant pour le recyclage vers un réservoir de carburant. La paroi de chicane 5 et la paroi de fermeture 14 forment, en commun avec deux parois latérales supplémentaires 16 décrites

plus en détail dans la suite, un pot de chicane 17 qui présente, sur son côté opposé à la paroi de fermeture 14, une ouverture d'entrée d'écoulement 18.

Le moteur thermique 1 aspire par l'intermédiaire du canal d'aspiration 3, suivant la flèche 27, de l'air de combustion qui est aspiré de l'espace intérieur 31 du carter de filtre à air 30, suivant la flèche 26, à travers l'ouverture d'entrée d'écoulement 18, dans une chambre de chicane 7 entre la paroi de chicane 5 et l'ouverture d'aspiration 4, et de là, à travers l'ouverture d'aspiration 4, dans le canal d'aspiration 3.

La Figure 2 montre selon une représentation en section transversale, des détails du pot de chicane 17 selon la Figure 1, le pot de chicane 17 étant représenté de manière symétrique inverse par rapport à la Figure 1. La chambre de chicane 7 est délimitée par la paroi de chicane 5, une paroi de fermeture 14 et deux parois latérales 16, seule l'une de ces parois latérales 16 étant visible en raison de la représentation en section transversale. La paroi de chicane 5 est divisée en un premier et un second tronçon partiel 8,19, qui sont adjacents dans la zone d'un bord ou d'une arête 20. L'arête 20 se situe, relativement au sens de la gravité 11, au-dessus de l'axe longitudinal 6 du canal d'aspiration 3. Les deux tronçons partiels 8, 19 sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal 6, d'un angle yl, y2 et respectivement d'un angle complémentaire [31, p2. Dans l'exemple de réalisation montré, l'angle yl vaut environ 70 et l'angle y2 environ 60 en étant adaptés aux propriétés de la matière constituant l'essence, et les angles complémentaires correspondants pi et ss2 valant donc environ 110 et respectivement 120 . Suivant le cas d'utilisation, un angle d'inclinaison yl, y2 plus petit peut également s'avérer avantageux. Le choix d'un autre carburant présentant d'autres propriétés de matière, tel que par exemple du méthanol, peut conduire à un autre angle d'inclinaison yl, y2 provoquant la formation d'un film. Suivant le cas d'application, il peut également s'avérer utile que la part du premier ou du second tronçon partiel soit plus importante, des variantes pour lesquelles la totalité de la paroi de chicane 5 est constituée d'un premier ou d'un second tronçon 8,19 pouvant également être envisagées, l'inclinaison par rapport l'axe longitudinal 6 étant alors conforme à l'angle respectif yl, y2.

L'inclinaison du premier tronçon partiel 8 selon l'angle yl est d'une orientation telle, que la section transversale de la chambre de chicane 7 s'élargisse à partir de l'axe longitudinal 6 en direction de la paroi de fermeture 14. L'inclinaison du second tronçon partiel 19 selon l'angle d'inclinaison y2 est d'une orientation opposée, ce qui fait que la section transversale de la chambre de chicane 7 s'élargit, en s'éloignant de l'axe longitudinal 6, à partir de l'arête 20, en direction de l'ouverture d'entrée d'écoulement 18.

Au bord inférieur 12 de la paroi de chicane 5 ou de son premier tronçon partiel 8, la paroi de chicane 5 se raccorde de manière arrondie à la paroi de fermeture 14. Les transitions entre la paroi de chicane 5 et respectivement la paroi de fermeture 14 et les parois latérales 16 sont d'une configuration arrondie dans la zone des flèches 32. La paroi de fermeture 14 se raccorde de manière rectiligne à une paroi de canal inférieure 15, dans la zone du bord inférieur 13 de l'ouverture d'aspiration 4. Une autre transition uniforme, par exemple incurvée, sans gradins, peut également s'avérer utile.

Une gouttelette de carburant 9, représentée à titre d'exemple, se déplace sensiblement de manière parallèle à l'axe longitudinal 6 du canal d'aspiration 3, dans le sens de la flèche 28. De l'angle d'inclinaison yl du premier tronçon partiel 8, il résulte, pour la gouttelette de carburant 9 montrée, un angle d'impact al sur le premier tronçon partiel 8 qui, dans l'exemple de réalisation montré, vaut al = yl = 70 et qui conduit à la formation d'un film de carburant sur le premier tronçon partiel 8. Une autre gouttelette de carburant 9 est montrée dans la zone de l'ouverture d'entrée d'écoulement 18, et se déplace dans le sens de la flèche 29 qui présente une composante orientée en direction de l'ouverture d'entrée d'écoulement 18.

En raison de cette composante citée en dernier lieu, l'angle d'impact a2 de cette gouttelette de carburant 9 sur le second tronçon partiel 19 vaut environ 40 et est ainsi inférieur à y2 = 60 . L'angle d'impact a2, plus petit comparé au premier angle d'impact al, conduit sur le second tronçon partiel 19 à une meilleure formation de film de carburant 10 pour empêcher la formation de gouttelettes à proximité de l'ouverture d'entrée d'écoulement 18.

Claims

REVENDICATIONS

1. Agencement de carburateur destiné à un moteur thermique ou moteur à combustion interne (1) qui entraîne un outil de travail, comprenant un canal d'admission ou d'aspiration (3) qui est formé dans le carburateur (2) et présente, sur le côté du carburateur (2), éloigné du moteur thermique (1), une ouverture d'aspiration (4), et une paroi de chicane (5) qui recouvre au moins partiellement l'ouverture d'aspiration (4) et qui, transversalement à l'axe longitudinal (6) du canal d'aspiration (3), est disposée à distance de l'ouverture d'aspiration (4) en formant une chambre intermédiaire de chicane (7), caractérisé en ce qu'au moins un premier tronçon partiel (8) de la paroi de chicane (5) est incliné par rapport à l'axe longitudinal (6) avec un angle d'inclinaison (y1) tel que des gouttelettes de carburant (9) sortant du canal d'aspiration (3) et frappant le premier tronçon de chicane (8) de la paroi de chicane (5) forment un film de carburant (10).

2. Agencement de carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une paroi de fermeture (14), qui, relativement au sens de la gravité (11), est située dans le bas pour la position de travail habituelle de l'outil de travail, et qui relie un bord inférieur (12) de la paroi de chicane (5) à un bord inférieur (13) de l'ouverture d'aspiration (4).

3. Agencement de carburateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier tronçon partiel (8) est incliné par rapport à l'axe longitudinal (6) de façon telle que la section transversale de la chambre de chicane (7) s'élargisse à partir de l'axe longitudinal (6) en direction de la paroi de fermeture (14).

4. Agencement de carburateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la paroi de chicane (5) et la paroi de fermeture (14) se raccordent l'une à l'autre de manière arrondie.

5. Agencement de carburateur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la paroi de fermeture (14) se raccorde de manière régulière et notamment de manière rectiligne à une paroi de canal (15) du canal d'aspiration (3).

6. Agencement de carburateur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la paroi de chicane (5) et la paroi de fermeture (14), en commun avec deux parois latérales (16), forment un pot de chicane (17) comportant une ouverture d'entrée d'écoulement (18) sur le côté opposé à la paroi de fermeture (14).

7. Agencement de carburateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les parois (16) se raccordent de manière arrondie à la paroi de fermeture (14) adjacente, et notamment également à la paroi de chicane (5) adjacente.

8. Agencement de carburateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la paroi de chicane (5) comporte un second tronçon partiel (19) qui est incliné par rapport à l'axe longitudinal (6) d'un angle d'inclinaison (y2) de façon telle que la section transversale de la chambre de chicane (7) s'élargisse à partir de l'axe longitudinal (6) en direction de l'ouverture d'entrée d'écoulement (18).

9. Agencement de carburateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux tronçons partiels (8,19) sont adjacents l'un de l'autre, notamment en formant un bord ou une arête (20).

10. Agencement de carburateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (yl, y2) du tronçon partiel (8,19) et notamment les angles d'inclinaison (yl, y2) des deux tronçons partiels (8, 19) ont une valeur inférieure ou égale à environ 70 .