EP0133178A2 - Dispositif d'injection de carburant pour moteur à deux temps - Google Patents

Dispositif d'injection de carburant pour moteur à deux temps Download PDF

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EP0133178A2
EP0133178A2 EP84870104A EP84870104A EP0133178A2 EP 0133178 A2 EP0133178 A2 EP 0133178A2 EP 84870104 A EP84870104 A EP 84870104A EP 84870104 A EP84870104 A EP 84870104A EP 0133178 A2 EP0133178 A2 EP 0133178A2
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EP
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chamber
fuel
piston
injection device
compartment
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Hubert J. F. Antoine
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Original Assignee
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/10—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel peculiar to scavenged two-stroke engines, e.g. injecting into crankcase-pump chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/12—Feeding by means of driven pumps fluid-driven, e.g. by compressed combustion-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/107—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive pneumatic drive, e.g. crankcase pressure drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the present invention relates to a device for injecting fuel into a two-stroke engine with precompression in the crankcase and positive ignition.
  • the object of the invention is to propose a fuel injection device of simple construction which makes it possible to dose the quantity of fuel injected in proportion to the quantity of air drawn into the engine at each cycle.
  • an injection device characterized by a pump body comprising a first chamber in communication with the external atmosphere and communicating with the air intake pipe or the pipe. exhaust; a second chamber communicating with the precompression casing of the engine, said second chamber being separated from the first chamber by a movable wall secured to a support held by a spring; a piston pressing on the support and sliding axially in a channel when the movable wall moves the support; and a third chamber having an opening communicating with the fuel inlet pipe and an opening connected by a pipe to a fuel injector opening into the engine cylinder in a substantially radial direction so as to spray the fuel onto the stream or streams of scanning.
  • the third chamber is arranged at the end of said channel so that when the movable wall moves the support, one end of the piston moves by varying the pressure prevailing in the third chamber in order to suck up a dose of fuel when the wall mobile compresses the spring and delivers a dose of fuel to the injector when the spring is relaxed.
  • Means are provided for adjusting the stress of said spring in order to be able to adjust the injection device.
  • the injection device is integrated into the engine cylinder in a compact construction.
  • the pump body then has a generally cylindrical projection forming a housing for the injector and a discharge valve arranged coaxially in alignment with the longitudinal axis of the injection piston, said projection comprising means for fixing the device. injection on the engine cylinder in a substantially radial direction.
  • An alternative embodiment also incorporates a booster pump.
  • a booster pump This consists of a compact block screwed under the body of the injection device.
  • the underside of the body of the injection device is formed with a cavity into which opens a duct which communicates with the air intake duct of the casing.
  • the body of the booster pump is formed with a compartment which faces said cavity and is separated from it by a flexible membrane.
  • the compartment of the booster pump body communicates with the fuel supply line by an intake valve closed by a movable tongue cut out from the flexible membrane. It also has a tab which closes a discharge valve communicating with the fuel supply pipe in the fuel chamber of the injection device.
  • the fuel injection device makes it possible to obtain an appreciable reduction in fuel consumption and overload, a remarkable reduction in pollution which makes the two-stroke engine more attractive.
  • FIG. 1 and 2 we see a two-stroke engine cylinder 1 with its piston 2, the pre-compression housing 3, the transfer channel 4, the air intake port 6 communicating with the pipe intake 5, the exhaust pipe 8 of the combined gases and a fuel injector 9.
  • the injector 9 is supplied with fuel by an injection device according to the invention designated as a whole by the reference 10 and which receives the fuel a reservoir 50 via a booster pump 30.
  • FIG. 2 which shows an exemplary embodiment, the injection device 10 according to the invention, is attached to the p removed from the cylinder 1 and its arrangement is returned with respect to that of the schematic view of FIG. 1.
  • the injection device 10 is arranged to send to the injector 9 a rigorously controlled dose of fuel in proportion to the quantity of air drawn into the cylinder 1.
  • This injection device comprises a body comprising a first chamber 11 which is located in communication with the outside atmosphere by a vent hole 14 and with the air intake pipe 5 by a tube 17 and a nozzle 18 which opens into the pipe 5 downstream of the adjusting butterfly valve 7.
  • a second chamber 12, separated from the first chamber 11 by a sealed mobile wall 21, communicates with the precompression housing 3 by a conduit 19.
  • a third chamber 13 receives the fuel from the booster pump 30 by the conduit 26 through a check valve. admission 25 and it communicates to through a discharge valve 27 with a pipe 28 supplying the injector 9 with fuel.
  • the movable wall 21 which can for example simply be a flexible waterproof membrane, cooperates in its middle with a support head 22 held by a prestressing spring 15, the other end of which rests on a stop 16 cooperating with a screw.
  • adjustment 42 used to adjust the spring preload 15.
  • the body of the injection device 10 comprises a channel 23 in which is housed a piston 20 having an end which is held against the support head 22 of the movable wall 21 or against the movable wall itself by the spring 24, this piston extending in the channel 23 so that its free end arrives in the fuel chamber 13.
  • the piston 2 When, during the expansion time, the piston 2 descends into the cylinder 1, it compresses the fresh gases in the casing 3 and creates an increase in pressure there which is proportional to the amount of air introduced into the cylinder during the previous cycle and which is in principle equal to the quantity of air in the cycle considered.
  • the increase in pressure in the casing 3 is communicated in the compression chamber 12 of the injection device 10 via the conduit 19 and this increase in pressure is applied to the wall 21 which moves and compresses the spring 15 until the tension of the latter balances the pressure prevailing in said compression chamber 12.
  • the displacement of the movable wall 21 causes the piston 20 which slides in the channel 23 creating in the fuel chamber 13, a depression which a fuel dose is drawn into the chamber as a function of the displacement of the piston 20 and therefore as a function of the quantity of air absorbed in the cylinder.
  • the piston 2 unmasks the light transfer and the pressure abruptly decreases in the casing 3.
  • the pressure also decreases in the compression chamber 12, the spring 15 expands and the piston 20 moves towards the fuel chamber 13 while driving back to the injector 9 the dose of fuel which had been sucked up during the previous expansion time.
  • the injection device 10 is adjusted by choosing the spring stress 15 and the active surface of the movable wall 21 so that, for a maximum value of the pressure in the precompression housing 3, the wall mobile 21 compresses the spring 15 so that the piston 20 causes the suction into the fuel chamber 13 of a dose of fuel which corresponds to a maximum opening of the gases.
  • the adjustment is then made by adjusting the tension of the spring 15 using the screw 42 so that the force exerted by the spring 15 on the movable wall 21 exactly balances the pressure of the movable wall when the gases are cut. .
  • the displacement of the piston 20 is then proportional to the pressure prevailing in the casing 3 and the dose of fuel injected is proportional to this pressure, that is to say to the quantity of air absorbed.
  • the nozzle 18 disposed in the communication pipe 17 connecting the chamber 11 to the air intake pipe 6 the dose of fuel injected is corrected as a function of the vacuum prevailing in said air intake pipe 6, which allows a possibility of correction of the richness of the fuel mixture and a better functioning of the engine at idle.
  • the injector 9 must be chosen so that it can inject the entire dose of fuel delivered by the injection device 10 into the cylinder when the piston 2 of the engine masks the injector 9 in the cylinder.
  • the preload adjusting screw 42 is advantageously associated with a button 40 armed with a return spring 43 as shown in FIG. 3.
  • the button 40 is integral with a rod 41 which passes axially through the adjusting screw 42. By pressing the button 40, the end of the rod 41 comes to bear on the support 22 against which presses the injection piston 20 and it displaces it in order to empty the fuel chamber 13.
  • FIG. 4 illustrates a preferred embodiment in which the injection device 10 is integrated into the engine cylinder in a compact construction.
  • the body of the injection device 10 has a generally cylindrical projection 45 forming a housing for the injector 9 and for the discharge valve 27 which are arranged coaxially in alignment with the longitudinal axis of the injection piston 20.
  • the projection 45 externally comprises a thread 46 for mounting a sleeve 47 intended to fix the injection device 10 comprising the injector 9 on the cylinder 1 of the engine in a substantially radial direction.
  • This integrated embodiment greatly simplifies assembly since it eliminates the fittings and also significantly increases the thermal flywheel of the injector.
  • Figures 5 and 6 illustrate a particularly advantageous alternative embodiment.
  • the injection device 10 incorporates the booster pump 30.
  • This consists of a compact block screwed below the body of the injection device 10 by means of screws 38 (FIG. 5).
  • the underside of the body 10 has a cavity 31 into which opens a conduit 37 which communicates with the air intake duct of the casing 19.
  • the body 30 of the booster pump is formed with a compartment 33 which faces to the cavity 31 and is separated from it by a flexible membrane 32.
  • the compartment 33 communicates with the fuel supply line 28 by a conduit 34 and an intake valve 35 closed by a movable tongue cut out from the flexible membrane 32.
  • This membrane also has a cutout forming a tongue which closes a discharge valve 36 communicating with the conduit 25 intended to bring the fuel into the fuel chamber 13 of the injection device 10.
  • the functioning of the booster pump is conditioned by the displacement of the flexible membrane 32 in response to the pressure prevailing in the air compartment 31, which pressure is linked to the pressure prevailing in the casing 3.
  • a decrease in pressure causes the opening of the intake valve 35 by detaching the movable tongue of the flexible membrane 32 downwards, that is to say towards the compartment 33, and fuel from the tank is then admitted into the compartment 33.
  • An increase of air pressure causes the discharge valve 36 to open by detaching the tongue of the flexible membrane 32 upwards, and fuel is then discharged from the compartment 33 towards the suction valve 25 of the injection device 10.
  • the injection device according to the invention makes it possible to obtain an appreciable reduction in the fuel consumption of a two-stroke engine and, moreover, a remarkable reduction in pollution. These results have been demonstrated in the test stand rollers of a two-stroke engine cooling air of 250 cm 3 capacity.
  • This engine was equipped with an injection device as described above provided with a movable wall 50 mm in diameter with a spring preload of 17 kg per millimeter of deflection.
  • the fuel consumption and the CO content of the exhaust gases were measured at a speed of 90 km per hour with and without the injection device according to the invention.
  • the injector is chosen so that it can inject the entire dose of fuel delivered by the injection device into the cylinder when the engine piston masks the injector in the cylinder .
  • the injector 9 is fixed in an injector holder 51 (FIG. 2) so as to open radially into the cylinder 1 at a certain distance from the top dead center and set back from the bore, thus providing a small cavity 52 in the bore.
  • This arrangement has the effect of ensuring that the fuel is sprayed onto the sweeping stream (s) and that the fuel injection, rigorously metered by the injection device 10 as described above, is completed when the piston 2 goes into view of the injector 9.
  • FIG. 7 illustrates an alternative embodiment of the injection device 10 shown in FIG. 2. This alternative aims to adjust the quantity of petrol injected as a function of the accelerator control.
  • a first way of controlling the supply pressure of the injection pump, as a function of the throttle control, is to install an adjustable nozzle form 55 in the channel 19 between the precompression housing 3 of the engine and the chamber 12.
  • the opening of this nozzle can be controlled by the engine speed or by the accelerator control or by both. The presence of this nozzle creates a pressure difference between the crankcase and the chamber 12.
  • the engine is supplied with air constantly and independently of the throttle.
  • the quantity injected can only be acted on by direct action of the gas control on the injection pump.
  • Any intermediate position of the plug 55 determines an intermediate quantity of fuel injected between zero and the maximum.
  • the precompression cycle in the casing 3 then only serves to activate the pump and to synchronize it with the sweeping of the motor.
  • a so-called “stratified” combustion is obtained, with excess air, the injector creating a rich mixture near the spark plug which initiates combustion.
  • variable nozzle 55 may be doubled with a conduit 56 provided with a valve 57 allowing easy passage of the air from the compression chamber 12 to the casing 3 and blocking the air passage from the casing 3 to the chamber 12. This emptying of the compression chamber 12 to the casing 3 determines the injection time: by delaying this emptying, the injection time in the cycle is delayed.
  • Another way of adjusting the quantity of petrol injected by means of the gas control is to link the rotation of the screw 42 to the gas control.
  • V Surface of the injection piston x Pitch of the screw 42 x tightening angle (in degrees), divided by 360.
  • FIG. 8 illustrates another variant embodiment aiming to accelerate the injection process in a fast engine by using the pulse of the exhaust gases to increase the pressure supplied by the injection device 10 to the injector 9.
  • the chamber 11 communicates exclusively with the exhaust pipe 8 via a calibrated channel 58.
  • the pressure wave of the exhaust then acts on the membrane 21 at the time of injection and is added to the force of the spring 15 to increase the injection pressure.
  • a protective flange 59 which receives the pressure of the exhaust gases.

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Abstract

Un piston (20) est déplacé par une paroi mobile (21 ) qui se meut en fonction de la pression d'air régnant dans le carter de précompression (3) d'un cylindre moteur à deux temps afin d'aspirer une dose parfaitement déterminée de carburant lorsque la pression d'air augmente dans le carter de précompression (3) et de refouler une dose déterminée de carburant vers l'injecteur (9) lorsque la pression d'air diminue dans le carter de précompression. Ce dispositif d'injection est avantageusement intégré au cylindre moteur dans une construction compacte.

Description

  • 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 à deux temps à essence est leur consommation en carburant plus élevée que celle des moteurs 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 jusqa'à présent elle nécessite un matériel de précision et onéreux qui en a limité 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 à la quantité d'air aspirée dans le moteur à chaque cycle.
  • Ce but est atteint par un dispositif d'injectionçaracté- risé par un corps de pompe comprenant une première chambre en communication avec l'atmosphère extérieure et communiquant avec la pipe d'admission d'air ou la pipe d'échappement ; une deuxième chambre communiquant avec le carter de précompression du moteur, ladite deuxième chambre étant séparée de la première chambre par une paroi mobile solidaire d'un support maintenu par un ressort; un piston appuyant sur le support et glissant axialement dans un canal lorsque la paroi mobile déplace 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 manière 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'exécution 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 cylindrique 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. Celle-ci consiste en un.bloc compact vissé sous le corps du dispositif d'injection. La face inférieure du corps du dispositif d'injection est formée avec une cavité dans laquelle débouche un conduit qui communique avec le conduit de prise d'air du carter. Le corps de la pompe de gavage est formé avec un compartiment qui fait face à ladite cavité et en est séparé par une membrane souple. Le compartiment du corps de pompe de gavage communique avec la conduite d'arrivée de carburant par un clapet d'admission obturé par une languette mobile découpée dans la membrane souple. Celle-ci présente encore une languette qui obture un clapet de refoulement communiquant avec le conduit d'amenée de carburant dans la chambre de carburant du dispositif d'injection.
  • D'autres particularités et variantes ressortiront de la lecture de la description qui suit.
  • Le dispositif d'injection de carburant selon l'invention permet d'obtenir une réduction 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 exposée plus en détails 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;
    • . la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un détail d'exécution 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.
    • . les figures 7 et 8 illustrent deux variantes de réalisation du dispositif d'injection de la figure 2.
  • Sur les figures 1 et 2 on voit un cylindre de moteur à deux temps 1 avec son piston 2, le carter de pré-compression 3, le canal de transfert 4, la lumière d'admission d'air 6 communiquant avec la pipe d'admission 5, la pipe d'échappement 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 réservoir 50 par l'intermédiaire d'une pompe de gavage 30.Sur la figure 2 qui montre un exemple d'exécution, le dispositif d'injection 10, selon l'invention, est fixé sur le pôté du cylindre 1 et sa disposition est retournée par rapport à celle de la vue schématique de la figure 1.
  • Le dispositif d'injection 10 est agencé pour envoyer à l'injecteur 9 une dose rigoureusement controlée de carburant proportionnellement à la quantité d'air aspirée dans le cylindre 1. Ce dispositif d'injection comprend un corps comprenant une première chambre 11 qui se trouve en communication avec l'atmosphère extérieure par un trou d'évent 14 et avec la pipe d'admission d'air 5 par une tubulure 17 et un ajutage 18 qui débouche dans la pipe 5 en aval du papillon de réglage 7. Une deuxième chambre 12, séparée de la première chambre 11 par une paroi mobile étanche 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 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-même 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 détente, 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'intermédiaire 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 entraine 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 du 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 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 détente précédent.
  • 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 bien directement proportionnelle à la quantité de gaz absorbée.
  • En effet, si
    • V1: 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
    • Ω: le 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
    • P0: 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
    • T1: la température régnant dans le carter quand le piston est au point mort haut (moteur chaud) = température ambiante
    • T2: la température régnant dans le carter quand le piston est au point mort bas (moteur chaud) On a
      Figure imgb0001
  • D'où:
    Figure imgb0002
  • En intégrant:
    • Cv log T + R log V = Cte
    • Ou T3/2 R . VR = cte
    • Ou T3/2 V = cte
    • Donc : T13/2. V1 = T23/2.V2
    • Or ,
      Figure imgb0003
    • Donc:
      Figure imgb0004
    • Figure imgb0005
  • Donc la température s'élève toujours de la même proportion , quelle que soit la pression P1, c'est-à-dire quelles que soient les conditions de fonctionnement.
  • En appliquant ensuite la relation PV = n RT , on a:
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
    Figure imgb0008
    • Donc: P2 = H P1 avec H = constante
    • R T1 Or ,
      Figure imgb0009
      avec T1, R, V1 constants
    • Donc:
      Figure imgb0010
       où n est le nombre de moles de gaz absorbé H R T1 = cte si on suppose T1 constant. V1
  • Donc P2 est bien directement proportionnel à la quantité de gaz absorbé .
  • Il est à noter que la constante
    Figure imgb0011
    doit être légèrement modifiée pour tenir compte de la chaleur cédée par le piston au gaz qu'il 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 vis 42 de manière que la force exercée par le ressort 15 sur la paroi mobile 21 équilibre exactement la pression de la paroi mobile quand les gaz sont coupés. Le déplacement du piston 20 est alors proportionnel à la pression régnant dans le carter 3 et la dose de carburant injectée est proportionnelle à cette pression, c'est-à-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.
  • Il est bien entendu que l'injecteur 9 doit être 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 armé d'un ressort de rappel 43 comme montré à la figure 3. Le bouton 40 est solidaire d'une tige 41 qui traverse axialement la vis de réglage 42. En appuyant sur le bouton 40, l'extrémité de la tige 41 vient s'appuyer sur le support 22 contre lequel 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'exécution 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'exécution intégré simplifie grandement le montage puisqu'il élimine les raccords et en outre 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 en 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. Le compartiment 33 communique avec la conduite d'arrivée de carburant 28 par un conduit 34 et un clapet d'admission 35 obturé par une languette mobile découpée dans la membrane souple 32.
  • 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 conditionné par le déplacement de la membrane souple 32 en réponse à la pression régnant dans le compartiment à air 31,laquelle pression est liée 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-à-dire 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 refoulé du compartiment 33 vers le clapet d'aspiration 25 du dispositif d'injection 10.
  • Le dispositif d'injection selon l'invention permet d'obtenir une réduction appréciable de la consommation de carburant d'un moteur à deux temps et, de surcroit, une diminution remarquable de la pollution. Ces résultats ont été démontrés au banc d'essai à rouleaux sur un moteur à deux temps à refroidissement par air de 250 cm3 de cylindrée. Ce moteur était équipé d'un dispositif d'injection tel que décrit plus haut pourvu d'une paroi mobile de 50 mm de diamètre avec une précontrainte du ressort de 17 kg par millimètre de flèche. La consommation de carburant et la teneur en CO des gaz d'échappement ont été mesurés au régime de 90 km à l'heure avec et sans le dispositif d'injection selon l'invention.
  • Les mesures ont donné:
    • Consommation:
      • . avec carburateur 4,625 litres/100 km
      • . avec le dispositif d'injection 3,3 litres/100 km soit une économie de 28,6 %
    • Teneur 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 l'injecteur dans le cylindre. Avantageusement, l'injecteur 9 est fixé dans un porte-injecteur 51 (figure 2) de manière à 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 l'alésage. Cette disposition a pour effet d'assurer que le carburant soit pulvérisé 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'injecteur 9. Une bague 53 et un manchon 54 en matière isolante, par exemple du téflon, isolent thermiquement le porte-injecteur 51 de la paroi du cylindre 1 de manière à protéger l'injecteur contre un échauffement excessif par conduction de la chaleur du cylindre.
  • En réalisant l'ajutage 18 (figure 2) qui relie la chambre 11 du dispositif d'injection 10 à la pipe d'admission d'air 5, avec ouverture variable, il est possible d'ajuster la contre-pression régnant dans la chambre 11 en fonction de la dépression dans la pipe d'admission 5 et corriger ainsi le rapport air/essence de manière à améliorer la combustion.
  • La figure 7 illustre une variante de réalisation du dispositif d'injection 10 montré à la figure 2. Cette variante vise à régler la quantité d'essence injectée en fonction de la commande d'accélérateur.
  • Une première façon de commander la pression d'alimentation de la pompe d'injection, en fonction de la commande des gaz est d'installer une forme d'ajutage réglable 55 dans le canal 19 entre le carter de précompression 3 du moteur et la chambre de compression 12. L'ouverture de cet ajutage peut être commandée par le régime du moteur ou par la commande d'accélérateur ou par les deux. La présence de cet ajutage crée une différence de pression entre le carter moteur et la chambre 12.
  • Supposons le moteur alimenté en air de façon constante et indépendante de la commande des gaz. Dans ce cas, on ne peut agir sur la quantité injectée que par une action directe de la commande des gaz sur la pompe à injection.
  • En fermant l'ajutage réglable 55 représenté sous la forme d'un boisseau rotatif sur la figure 7, on empêche la pression du carter,3 de parvenir dans la chambre 12 et donc en agissant sur la membrane 21, de déterminer un mouvement du piston de la pompe à injection. En ouvrant à fond ce boisseau 55,on permet une action maximale de la pression du carter sur la membrane 21 et la quantité injectée est maximale.
  • Toute position intermédiaire du boisseau 55 détermine une quantité d'essence injectée intermédiaire entre zéro et le maximum.
  • Le cycle de précompression dans le carter 3 ne sert alors plus qu'à actionner la pompe et à la synchroniser avec le balayage du moteur. On obtient alord une combustion dite "stratifiée", à excès d'air, l'injecteur créant près de la bougie d'allumage, un mélange riche qui amorce la combustion.
  • Pour permettre une vidange rapide de la chambre de compression 12 vers le carter de précompression 3 au moment de l'injection, 1' ajutage variable 55 peut être doublé d'un conduit 56 muni d'un clapet 57 permettant un passage aisé de l'air de la chambre de compression 12 vers le carter 3 et bloquant le passage d'air du carter 3 vers la chambre 12. Cette vidange de la chambre de compression 12 vers le carter 3 détermine le moment d'injection: en retardant cette vidange, on retarde le moment d'injection dans le cycle.
  • Une autre façon de régler la quantité d'essence injectée au moyen de la commande des gaz est de lier la rotation de la vis 42 à la commande dés gaz. En vissant la vis,on tend le ressort et on diminue la quantité injectée du volume: V=Surface du piston d'injection x Pas de la vis 42 x angle de serrage (en degrés), divisé par 360.
  • La figure 8 illustre une autre variante de réalisation visant à accélérer le processus d'injection dans un moteur rapide en utilisant l'impulsion des gaz d'échappement pour augmenter la pression fournie par le dispositif d'injection 10 à l'injecteur 9.
  • La chambre 11 communique exclusivement avec la pipe d'échappement 8 par l'intermédiaire d'un canal calibré 58. L'onde de pression de l'échappement vient alors agir sur la membrane 21 au moment de l'injection et s'ajoute à la force du ressort 15 pour augmenter la pression d'injection. Pour éviter une détérioration de la membrane 21 par la chaleur des gaz d'échappement, on peut interposer un flasque protecteur 59 qui reçoit la pression des gaz d'échappement.

Claims (12)

1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à deux temps à précompression dans le carter,
caractérisé par un corps de pompe (10) comprenant une première chambre (11) en communication (14) avec l'atmosphère extérieure et communiquant avec la pipe d'admission d'air (5) ou la pipe d'échappement des gaz (8),
une deuxième chambre (12) communiquant (19) avec le carter de précompression (3) du moteur, ladite deuxième chambre étant séparée de la première chambre (11) par
une paroi mobile (21) solidaire d'un support (22) maintenu par un ressort (15);
un piston (20) appuyant sur le support (22) et glissant axialement dans un canal (23) lorsque la paroi mobile (21) déplace le support (22); et
une troisième chambre (13) ayant une ouverture (25) communiquant avec le conduit d'arrivée de carburant et
une ouverture (27) connectée par une tubulure (28) à un injecteur de carburant (9) 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 étant disposée à l'extrémité dudit canal (23) de telle manière que lorsque la paroi mobile (21) déplace le support (22), une extrémité du piston (20) se déplace en faisant varier la pression régnant dans la troisième chambre (13) afin d'aspirer une dose de carburant lorsque la paroi mobile (21) comprime le ressort (15) et de refouler une dose de carburant vers l'injecteur (9) lorsque le ressort (15) est détendu.
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un moyen (42) pour régler la contrainte du ressort de précontrainte (15).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un organe (40, 41, 43) déplaçable manuellement, disposé de manière que, lorsqu'il se trouve actionné, son extrémité déplace ledit support (22) contre lequel s'appuie le piston (20) afin que le déplacement dudit piston (20) provoque la vidange de la chambre de carburant (13).
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'injecteur (9) débouche dans le cylindre (1) en retrait de l'alésage de manière à former une cavité (52) dans ledit alésage.
5. Dispositif selon la revendication 1 ou 4, dans lequel l'injecteur (9) traverse le cylindre du moteur dans un manchon (53, 54) en matière isolante thermique.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de pompe (10) présente une saillie (45) de forme générale cylindrique formant logement pour l'injecteur (9) et un clapet de refoulement (27) disposés coaxialement en alignement avec l'axe longitudinal du piston d'injection (20), ladite saillie (45) comportant des moyens (46, 47) pour la fixation du dispositif d'injection (10) sur le cylindre du moteur suivant une direction pratiquement radiale.
7. Dispositif selon la revendication 1 ou 6,caractérisé en ce que le conduit de communication (19) entre le carter (3) du moteur et la deuxième chambre (12) du dispositif d'injection communique en outre avec un premier compartiment (31) séparé d'un deuxième compartiment (33) par une membrane souple (32), le deuxième compartiment (33) communiquant avec la conduite d'arrivée de carburant du réservoir par un clapet d'admission (35) qui s'ouvre lorsque la membrane souple (32) est tendue par une dépression régnant dans le premier compartiment(31) et de deuxième compartiment communiquant également avec la tubulure d'amenée de carburant (25) vers la chambre de carburant (13) du dispositif d'injection par un clapet de refoulement (36) qui s'ouvre lorsque la membrane souple (32) se décolle sous l'effet de la pression régnant dans le premier compartiment (31).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier compartiment (31) est constitué par une cavité formée dans la face inférieure du corps de pompe d'injection (10), le deuxième compartiment (33) étant constitué par une cavité formée dans un second bloc (30), le second bloc étant vissé sous le corps de pompe d'injection (10) avec interposition d'une membrane souple (32) pour séparer les cavités formant lesdits premier et deuxième compartiments (31, 33), ladite membrane souple coopérant avec les clapets d'admission et de refoulement.
9. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première chambre (11) est en communication avec la pipe d'admission d'air (5) par un ajutage (18) à ouverture variable.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un moyen'(55) régulant la pression dans ladite deuxième chambre (12) à partir de la pression dans le carter (3) en fonction de la commande d'accélérateur et permettant ainsi une commande directe de la quantité de carburant injectée en fonction de l'accélarateur; ledit moyen étant placé dans le canal (19) et doublé d'un conduit (56) entre ladite deuxième chambre (12) et le carter (3), lequel conduit est muni d'un clapet (57) permettant le passage de l'air de la chambre (12) vers le carter (3) mais bloquant le passage d'air du carter (3) vers la deuxième chambre (12).
11. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un moyen (42) commandé par la poignée des gaz pour régler la contrainte du ressort (15).
12. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première chambre (11) est exclusivement en communication (58) avec la pipe d'échappement (8) du moteur, un flasque (59) protégeant la paroi mobile (21) de la chaleur des gaz d'échappement.
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