Procédé de fonctionnement d'un moteur à allumage par compression La présente invention a pour objet un procédé de fonctionnement d'un moteur à quatre temps à allumage par compression, caractérisé en ce qu'on effectue à chaque cycle dans le cylindre deux injec tions successives d'un même combustible dont la première est effectuée ;
entre 320 et 380 avant la fin de la course de compression, cette injection re- présentant au plus 50,% de la quantité totale de combustible introduite par cycle dans le cylindre.
Ce procédé permet une combustion plus souple, quel que soit le combustible utilisé, et une puissance accrue pour une montée de pression donnée, ce qui rend possible notamment l'alimentation au moyen de combustibles plus légers que le gas-oil, tels que par exemple les essences, y compris celles d'indice d'octane élevé qui sont normalement utilisées dans les moteurs à allumage commandé.
Dans le cas d'une alimentation en gas-oil, la quantité injectée au cours de la première injection pourra avantageusement représenter de 20 à 45 11/o de la quantité totale de gas-oil injectée.
Dans le cas d'une alimentation en essence d'in dice d'octane plus élevé que le gas-oil, la quantité injectée au cours .de la première injection pourra être avantageusement choisie entre 30 et 501% de la quantité totale d'essence injectée par cycle.
L'expérience montre que le procédé selon l'in vention permet de réduire très sensiblement le délai d'inflammation, de sorte que, la montée de pression lors de l'inflammation s'effectue d'une façon pro gressive et par conséquent moins brutale, tout en conservant un bon rendement. Dans ce qui suit on va décrire plusieurs exem ples de mises en #uvre du procédé selon l'invention.
Le moteur choisi pour ces exemples de mises en oeuvre présente les caractéristiques suivantes 2 cylindres en ligne Puissance: 50 ch à 1250 tours/minute Alésage: 140 mm Course: 180 mm Taux de compression: 15.
La distribution est réglée de manière que l'ou verture et la fermeture de la soupape d'admission se produisent respectivement à 120 avant le point mort haut et à 360 après le point mort bas, et que l'ou verture et la fermeture de la soupape d'échappe ment se produisent respectivement à 360 avant le point mort bas et à 121) après le point mort haut.
Le moteur est équipé de 2 pompes à injection ayant chacune deux cylindres et alimentant les in jecteurs du moteur en parallèle. Pour permettre d'observer l'influence des paramètres de réglage des 2 injections sur les performances du moteur et sur le développement de la combustion, on a enregistré les diagrammes de pression en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin à l'aide d'un manographe strobocathodique. La densité des fumées a été éva luée par le procédé Bacharach, consistant à évaluer le noircissement d'un papier filtre après le passage d'un volume défini de gaz brûlés.
<I>Exemple 1</I> Essence ordinaire (indice d'octane R.M. de va- leur.80). Le moteur tourne à 1250 tours/minute, le calage de la première injection Pl est de 3600 avant la fin de la course de compression et le calage de la deuxième injection P., est de 20o avant la fin de cette course.
Les quantités d'essence injectées lors de la pre mière injection ont été choisies successivement éga- les à 16 %, 30 0/0, 39 1% et 50'% de la quantité totale d'essence.
A la fig. 1, sont représentées les courbes A";, A3o, A39 et A5o correspondant respecti vement à chacun de ces débits ; la courbe Ao repré sentée à titre comparatif correspond au cas du même moteur dans lequel tout le carburant est injecté en une fois.
La comparaison des courbes Alo, A3o, A3,,) et A;;,, avec la courbe Ao met nettement en évidence la ré duction sensible du délai d'inflammation due à la double injection:
alors que dans le cas de l'injection unique l'inflammation se produit à 5o environ après le point mort haut, ce qui correspond à un délai d'inflammation de 250 environ d'angle de rotation du vilebrequin, ce délai ne représente plus que 101, environ d'angle de rotation du vilebrequin pour des proportions d'essence de l'injection carburante de l'ordre de 39 à 50,% de la quantité totale d'essence consommée.
Cette réduction du délai d'inflammation se tra duit par une montée de pression progressive, qui assure une marche très douce du moteur tout en obtenant des pressions maxima voisines de 85 kg/ cm'-, c'est-à-dire avec un bon rendement par rapport à celui qui correspond dans les mêmes conditions à l'injection unique. Le rendement pour une puis sance donnée varie en fonction de l'importance res pective des deux injections. Le tableau ci-après fait ressortir indirectement les variations du rendement en indiquant la consommation d'essence en grammes par cheval/heure correspondant à diverses propor tions de combustible faisant l'objet de la première injection Pl.
<I>Tableau 1</I> Débit Pl en o/o du débit Consommation en essence total de combustible (g/ch/heure) 0 (par comparaison) 168 20 162 30 158 40<B>156</B> 50 157 II ressort du tableau ci-dessus que les meilleurs rendements sont obtenus avec une première injection représentant 30 à 50'% de la quantité totale injectée.
De même les indice Bacharach de fumée sont faibles pour les dosages respectifs correspondant à ces proportions, ainsi qu'il ressort du tableau II ci- dessous <I>Tableau II</I>
EMI0002.0061
Débit <SEP> Pl <SEP> en <SEP> o/o <SEP> Indices <SEP> Bacharach
<tb> du <SEP> débit <SEP> total <SEP> de <SEP> fumée
<tb> 0 <SEP> 5,5
<tb> 20 <SEP> 4,5
<tb> 30 <SEP> 3,0
<tb> 40 <SEP> 2,5
<tb> 50 <SEP> 2,0 En définitive,
il apparait que les débits optima pour la première injection vont de 40 à 50 % de la quantité totale d'essence injectée.
<I>Exemple 2</I> On fait fonctionner le moteur dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 1, mais avec une alimen tation au gas-oil.
On recherche de même les conditions optima de dosage de la première injection, en choisissant celle- ci successivement égale à 30 fl/o, 35'%, 42 0/0, 50 0/0.
A la fig. 2., sont représentées les courbes D;;,, D5o correspondant respectivement à cha cun de ces dosages ; la courbe Do donnée à titre com paratif correspond au cas du même moteur fonc tionnant avec injection unique.
La comparaison de ces courbes montre, comme à l'exemple 1, l'influence du réglage du dosage de la première injection sur les caractéristiques des courbes de combustion, tant au point de vue du dé lai d'inflammation que de la pression maxima et du rendement. D'excellentes conditions de marche sont obtenues notamment pour des débits de première in- jection représentant de 20 à 45 % de la quantité totale de gas-oil et de préférence voisines de 30 0/0 de cette même quantité.
D'autres valeurs sont données dans le tableau qui suit <I>Tableau 111</I>
EMI0002.0092
Débit <SEP> Pl <SEP> en <SEP> % <SEP> Consommation <SEP> Indices
<tb> du <SEP> débit <SEP> total <SEP> en <SEP> gas-oil <SEP> de
<tb> de <SEP> gas-oil <SEP> (g/ch/h,eure) <SEP> fumée
<tb> 0 <SEP> 182 <SEP> 7,0
<tb> 20 <SEP> 178 <SEP> 3,0
<tb> 30 <SEP> 175 <SEP> 2,7
<tb> 40 <SEP> 187 <SEP> 3,4
<tb> 50 <SEP> 195 <SEP> 4,1 Il convient de remarquer d'autre part que lorsque la première injection représente de 35 à 501)/o de la quantité totale de combustible consommée le dé lai d'inflammation est pratiquement nul, ce qui se traduit par une plus grande souplesse de fonctionne ment due à une montée de pression très progressive.
<I>Exemple 3</I> On fait tourner le moteur à 1250 tours/minute en l'alimentant à l'essence, la première injection re présentant 50% de la quantité totale.
On recherche, dans ces conditions, les calages optima de la première injection pour un calage de la deuxième injection fixé à 20 avant la fin de la course de compression.
A la fig. 3, sont représentées les courbes G3.,,,, G3oo et G380 correspondant à des calages de la pre mière injection de 340, 360 et 380,1 respectivement avant la fin de la course de compression, la courbe G,0 indiquée à titre comparatif correspond au cas du même moteur à injection unique.
L'examen de ces courbes met en évidence le fait que d'excellentes conditions de marche (montée de pression progressive, réduction du délai d'inflamma- tion, augmentation du rendement) sont obtenues pour ces divers calages, correspondant à un déphasage des deux injections successives compris entre 320 et 360,1 d'angle de rotation du vilebrequin, la première in jection se faisant, dans tous les cas, dans les gaz chauds résiduels.
Le choix entre ces divers calages peut être effectué, toutes conditions égales par ailleurs, en te nant compte non seulement des délais d'inflamma- tion, mais encore de la consommation spécifique ou des indices de fumées, résultats qui apparaissent au tableau ci-après <I>Tableau IV</I>
EMI0003.0015
Calage <SEP> Délai <SEP> Consommation <SEP> Indices
<tb> de <SEP> la <SEP> première <SEP> d'inflammation <SEP> spécifique <SEP> de
<tb> injection <SEP> en <SEP> degrés <SEP> (g/ch/heure) <SEP> fumée
<tb> 340 <SEP> 14 <SEP> 160 <SEP> 1,0
<tb> 360 <SEP> 10 <SEP> 157 <SEP> 2,0
<tb> 380 <SEP> 8 <SEP> 156 <SEP> 3,
2 <I>Exemple 4</I> On fait fonctionner le moteur à 1250 tours/mi- nute en l'alimentant au kérosène, le calage de la première injection égale à 50,% du total, étant de 380 avant la fin de la course de compression et celui de la deuxième injection 200 avant cette fin de course.
A la fig. 4 sont représentées les courbes Ll et L, correspondant respectivement à un fonctionnement en pleine charge et à 3/4 de charge.
L'examen de ces courbes montre que les condi tions de marche valables pour un fonctionnement à l'essence le sont également pour un fonctionnement au kérosène, l'allumage ayant cependant tendance à se produire dans ce dernier cas légèrement avant la deuxième injection. Cependant, comme on le voit d'après la courbe L < ,, les caractéristiques de la com bustion s'améliorent en opérant à 3/4 de charge. Ceci est d'ailleurs confirmé par le fait que la consomma tion spécifique en grammes de combustible par ch/heure qui atteint 195 à pleine charge n'est que de l'ordre de 180 à 3/4 de charge.
<I>Exemple 5</I> La première injection et la deuxième injection sont calées respectivement à 360 et 20 avant la fin de la course de compression; le moteur est alimenté à raison de 50 % pour chacune des injections, au moyen d'une essence ayant un indice d'octane R.M. de 90. Le moteur développe une puissance de 50 ch à pleine charge à 1250 tours/minute.
Malgré la va leur élevée de l'indice d'octane de l'essence utilisée, on obtient de bonnes conditions de marche et no tamment un délai d'inflammation réduit à 120 d'an gle de rotation du vilebrequin.
Le choix de l'angle de déphasage entre la pre mière injection et la fermeture d'échappement per met de doser la quantité de gaz résiduels dans la quelle s'effectue cette injection et, par conséquent, l'intensité de l'échange thermique assurant le cra quage partiel de la fraction de combustible faisant l'objet de la première injection et le degré d'oxyda tion de cette dernière. Mais c'est surtout par le choix du calage de la première injection carburante par rapport à celui de l'ouverture d'admission que l'on peut, agir sur l'intensité des réactions de craquage et d'oxydation, les contrôler et les maîtriser en réglant leur durée.
En effet, l'ouverture d'admission, en assu rant la pénétration du gaz comburant à la tempéra ture ambiante abaisse très rapidement la température du mélange gazeux, provoquant ainsi l'arrêt des di verses réactions.
Pour effectuer les deux injections nécessaires on peut utiliser deux pompes d'injection ayant chacune le même nombre de cylindres que celui du moteur, ces pompes présentant une commande permettant de faire varier à volonté, à la fois. le rapport des quan tités de combustible correspondant aux deux injec tions et l'angle de déphasage de ces :deux injections successives destinées au même cylindre.
Une solution simple, permettant d'éviter l'emploi de deux pompes., consiste à construire un arbre à cames approprié pour la pompe d'injection, de ma- nière à fixer l'angle de déphasage entre les deux in jections successives destinées au même cylindre.
Toutefois, cette solution impose le maintien d'un rapport fixe des quantités de combustible faisant l'objet respectivement de la première injection et de la deuxième injection ainsi qu'un déphasage fixe en tre ces deux injections.
On pourrait aussi utiliser une pompe à injection normale (sans modification de l'arbre à carnes) mais dont le fonctionnement est associé à la rotation d'une pièce tournant à la vitesse du vilebrequin. Il y a alors deux injections de quantités égales de combustible par cycle, ces deux injections étant séparées par l'in tervalle de temps correspondant à la durée d'une rotation de 360o du vilebrequin.
Un même résultat peut être obtenu avec une pompe fonctionnant à demi-vitesse du vilebrequin, pompe dont l'arbre à came comporte des cames à deux lobes, symétriques ou décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle moi tié de celui représentant le déphasage recherché entre les deux injections.
Le même résultat peut d'ailleurs être obtenu éga lement au moyen d'une pompe ayant un nombre de cylindres doubles de celui du moteur, et entraînée à une vitesse moitié de celle du vilebrequin. Dans ce cas chaque injecteur est relié à deux cylindres de la pompe, déphasée de 3600 d'angle de rotation du vilebrequin. Ces deux derniers types d'aménagement présentent l'avantage de permettre l'utilisation du dispositif normal de commande et de régulation de la pompe d'injection.