EP0376836A1 - Dispositif pour introduire un mélange carburé dans une chambre d'un moteur à deux temps - Google Patents

Dispositif pour introduire un mélange carburé dans une chambre d'un moteur à deux temps Download PDF

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EP0376836A1 EP89403648A EP89403648A EP0376836A1 EP 0376836 A1 EP0376836 A1 EP 0376836A1 EP 89403648 A EP89403648 A EP 89403648A EP 89403648 A EP89403648 A EP 89403648A EP 0376836 A1 EP0376836 A1 EP 0376836A1
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • 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
    • 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 and a method for introducing under pressure a fuel mixture into a chamber of a cylinder of a two-stroke internal combustion engine.
  • the invention provides an assistance member for controlling an automatic valve disposed between the end of a pipe for introducing the mixture and the cylinder chamber.
  • valves such as valves, cooperating with return means, actuated under the effect of pressure differences between each of their faces, to introduce a fuel mixture into the chamber of a cylinder.
  • valves due in particular to the inertial forces compared to the forces due to pressure differences, and the possible panics of the return means when their operating frequency is close to their resonant frequency, these valves cannot be used when the pressure differences are too small and their actuation speed is too high.
  • the present invention provides a device having in particular the advantages of prior devices with automatic valve, such as thermal resistance, rapid opening and wide passage, and usable in particular when the pressure difference between the cylinder chamber and the pipe for introducing the fuel mixture, is weak.
  • tulip is meant the part of the valve having a flared shape, as opposed to the tail which is the part of the valve having a tapered shape.
  • This membrane actually acts as a separating element for two volumes. It will therefore not depart from the scope of the present invention by replacing this membrane with an auxiliary piston which slides in a bore, one face of this auxiliary piston participating in the delimitation of the first volume, the other face that of the second volume.
  • the first volume may be connected to the introduction pipe so that the pressure in the first volume is substantially equal to the pressure in the pipe.
  • the engine may comprise at least a second cylinder having a pump housing, the pipe for introduction into the chamber of the first cylinder may be connected to the pump housing of the second cylinder, and the second cylinder may have a non-zero angular offset lagging behind the first cylinder.
  • the separating element may have a useful cross section greater than the cross section of the valve.
  • the introduction pipe may include a fuel introduction member.
  • the pump housing 14 the movement of the piston 12 of which is angularly delayed by 120 °, supplies air to the chamber 16 of the cylinder in question 1 via the introduction pipe 15.
  • the end of the valve stem 19 is connected to the center of a flexible membrane 22 separating a first volume 23 from a second volume 24 whose difference in respective pressures can produce movements of the membrane and thus displacements of the valve 19 to which it is connected.
  • the valve cooperates with a spring 25 to carry out the automatic return of the valve 19 to a position in which the pipe 15 for introducing the fuel mixture is closed.

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Abstract

Dispositif et méthode pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre (16) d'un premier cylindre (1) d'un moteur à combustion interne à deux temps. Le dispositif est notamment caractérisé en ce qu'il comporte une soupape (19) coopérant avec un siège pour obturer une canalisation d'introduction (15) du mélange carburé dans la chambre (16) du premier cylindre, des moyens de rappel (25) de la soupape (19), un organe d'assistance comportant un élément de séparation coopérant avec une extrémité d'une queue de la soupape (19), ledit organe (22) séparant un premier (23) et un deuxième (24) volumes au sein de chacun desquels règne une pression, l'élément (22) ayant un mouvement et produisant un déplacement de la soupape (19) sous l'action de la différence entre la pression du premier volume et la pression du deuxième volume. La méthode utilise notamment le dispositif selon l'invention.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre d'un cylindre d'un moteur deux temps, à combustion interne.
  • Plus particulièrement, l'invention fournit un organe d'assistance pour la commande d'une soupape automatique disposé entre l'extrémité d'une canalisation d'introduction du mélange et la chambre du cylindre.
  • Il est connu d'utiliser des soupapes, telles des clapets, coopérant avec des moyens de rappel, s'actionnant sous l'effet des différences de pression entre chacune de leurs faces, pour introduire un mélange carburé dans la chambre d'un cylindre. Cependant, en raison notamment des forces d'inertie comparées aux forces dues aux différences de pression, et des affolements possibles des moyens de rappel lorsque leur fréquence de fonctionnement est voisine de leur fréquence de résonance, ces soupapes ne peuvent pas être utilisées dès lors que les différences de pressions sont trop faibles et que leur vitesse d'actionnement est trop grande.
  • La présente invention fournit un dispositif présentant notamment les avantages des dispositifs antérieurs à soupape automatique, tels que tenue thermique, ouverture rapide et à large passage, et utilisable en particulier lorsque la différence de pression entre la chambre du cylindre et la canalisation d'introduction du mélange carburé, est faible.
  • Ce dispositif offre en outre l'avantage de pouvoir être sensible aux variations de pression d'un élément du moteur, cet élément étant judicieusement choisi pour permettre un fonctionnement optimal du dispositif.
  • Plus précisément, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une soupape coopérant avec un siège pour obturer une canalisation d'introduction du mélange carburé dans la chambre d'un premier cylindre, des moyens de rappel de la soupape, un organe d'assistance comportant une membrane déformable et éventuellement souple coopérant avec une extrémité d'une queue de la soupape, la membrane séparant un premier et un deuxième volumes au sein de chacun desquels règne une pression, la membrane ayant un mouvement et produisant un déplacement de la soupape sous l'action de la différence de pression entre la pression du premier volume et la pression du deuxième volume.
  • Dans le présente texte, on entend par tulipe la partie de la soupape ayant une forme évasée, par opposition à la queue qui est la partie de la soupape ayant une forme éffilée.
  • Cette membrane joue en fait le rôle d'élément de séparation de deux volumes. On ne sortira donc pas du cadre de la présente invention en remplaçant cette membrane par un piston auxiliaire qui coulisse dans un alésage, une face de ce piston auxiliaire participant à la délimitation du premier volume, l'autre face à celle du deuxième volume.
  • Le premier volume pourra être relié à la canalisation d'introduction de façon que la pression dans le premier volume soit sensiblement égale à la pression dans la canalisation.
  • Le deuxième volume pourra être relié à un carter-pompe du premier cylindre de façon que la pression dans le deuxième volume soit sensiblement égale à la pression dans le carter-pompe du premier cylindre.
  • Le moteur pourra comporter au moins un deuxième cylindre ayant un carter-pompe, la canalisation d'introduction dans la chambre du premier cylindre pourra être reliée au carter-pompe du deuxième cylindre, et le deuxième cylindre pourra posséder un décalage angulaire non nul en retard par rapport au premier cylindre.
  • Le deuxième volume pourra être relié à un élément du moteur dont la pression relativement à la pression du premier volume est telle qu'elle contribue favorablement aux déplacements de la soupape.
  • Le moteur pourra comporter au moins un troisième cylindre ayant un carter-moteur et dont le cycle est en avance par rapport au cycle du premier cylindre, et le carter-moteur du troisième cylindre pourra être relié audit deuxième volume.
  • Le rappel de la soupape dans sa position fermée pourra être réalisée par la membrane elle-même, dont l'élasticité pourra ramener la soupape vers sa position fermée. La membrane pourra être renforcée pour en augmenter la rigidité.
  • L'élément de séparation pourra avoir une section utile supérieure à la section de la soupape.
  • La canalisation d'introduction pourra comporter un organe d'introduction de carburant.
  • La canalisation pourra déboucher au voisinage de la culasse du premier cylindre.
  • Le moteur pourra comporter plusieurs cylindres ayant chacun un carter-pompe alimenté en air par une canalisation d'admission d'air, cette canalisation d'admission comportant un élément adapté à réduire l'admission d'air, et la partie de la canalisation d'air commune aux plusieurs cylindres et située en aval de l'élément adapté à réduire l'admission d'air pourra être reliée à la deuxième chambre de l'organe d'assistance.
  • L'invention fournit en outre une méthode pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre d'un premier cylindre d'un moteur à combustion interne à deux temps, ce moteur comportant une soupape coopérant avec un siège pour obturer une canalisation d'introduction de mélange carburé dans la chambre du premier cylindre.
  • Cette méthode est notamment caractérisée en ce que l'on utilise un organe d'assistance des déplacements de la soupape, cet organe comportant une membrane séparant un premier et un deuxième volumes au sein desquels règne une pression, ladite membrane coopérant avec l'extrémité d'une queue de la soupape et ayant des mouvements sous l'action de la différence entre la pression du premier volume et celle du deuxième volume, l'organe d'assistance comportant en outre des moyens de rappel de la soupape, et en ce que l'on relie le premier volume à la canalisation d'introduction de mélange carburé.
  • L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de dispositif illustré par les figures annexées dans lesquelles :
    • - la figure 1 représente un agencement d'un moteur deux temps à allumage commandé comportant le dispositif selon l'invention, et
    • - la figure 2 décrit l'évolution des pressions dans plusieurs cylindres dont l'utilisation permet une mise en oeuvre particulièrement avantageuse du dispositif selon l'invention.
  • La figure 1 représente, en traits pleins, le cylindre considéré 1 avec son piston 2 en fin de balayage, son échappement 3, sa lumière d'échappement 4 qui est sur le point d'être fermée, ses lumières de transfert latérales 5 et arrière 6, son carter 7 avec une admission d'air uniquement, par exemple par clapets 8, sa bougie d'allumage 9, le système bielle-manivelle 10.
  • En traits mixtes est représenté le deuxième cylindre 11 ayant un piston 12 dont le mouvement est retardé angulairement de 120° par l'intermédiaire du système bielle-manivelle 13, par rapport au piston 2 du cylindre considéré 1. Le piston 12 est en phase de détente dans le deuxième cylindre 11 et en même temps en phase de compression dans le carter-pompe 14.
  • Le carter-pompe 14 dont le mouvement du piston 12 est retardé angulairement de 120° alimente en air la chambre 16 du cylindre considéré 1 par l'intermédiaire de la canalisation d'introduction 15.
  • Le transfert arriere 6 du cylindre 1 est relié au carter-pompe et au cylindre 1 par l'intermédiaire du conduit 17.
  • L'introduction de l'air sous pression dans la chambre 16, provenant du carter-pompe 14, se fait par un orifice 18 dont l'ouverture est commandée par une soupape 19 mobile coopérant avec un siège fixe. En amont de la soupape 19, se trouve un dispositif 20 d'introduction et de dosage basse-pression du carburant.
  • Ce dispositif peut être un injecteur basse-pression que l'on trouve dans le commerce, une pompe de carburant actionnée par les pressions et dépressions successives d'un carter-pompe.
  • L'introduction du carburant liquide peut avoir lieu dans le conduit 15, aussi bien pendant tout le temps où la soupape 19 est fermée que pendant celui où elle est ouverte.
  • Ce dispositif 20 de dosage et d'introduction du carburant peut être associé à une buse-venturi 21 placée dans le conduit 15, juste en amont de la soupape 19 et de l'orifice 18, conformément au brevet EP-189.714, afin d'améliorer la pulvérisation du carburant par l'air provenant de la source de pression (carter-pompe 14).
  • Sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif 20 pourra être remplacé par un carburateur, la buse-venturi 21 étant intégrée à ce carburateur.
  • Juste en aval de l'orifice 18, on peut aussi avantageusement placer un déflecteur 22 monté sur un dispositif d'orientation du jet de mélange introduit dans le cylindre. Ce dispositif, faisant partie de la culasse ou étant rapporté sur la culasse, est, par exemple, du type décrit dans le brevet EP-189.715.
  • L'extrémité de la queue de la soupape 19 est reliée au centre d'une membrane souple 22 séparant un premier volume 23 d'un deuxième volume 24 dont la différence des pressions respectives peut produire des mouvements de la membrane et ainsi des déplacements de la soupape 19 auquelle elle est reliée. La soupape coopère avec un ressort 25 pour réaliser le rappel automatique de la soupape 19 vers une position dans laquelle la canalisation 15 d'introduction du mélange carburé est obturée.
  • Le premier volume 23 est relié à la canalisation 15 de manière qu'une pression dans le carter-pompe 14 agisse à la fois sur la face de la membrane 22 dirigée vers le premier volume, en produisant une force tendant à ouvrir la soupape 19, et sur la face supérieure de la tulipe de la soupape 19, la face supérieure de la tulipe de la soupape 19 étant opposée à la face inférieure de la tulipe de la soupape, cette face inférieure étant dirigée vers l'intérieur de la chambre 16.
  • Le deuxième volume 24 peut avoir sa pression constante, par exemple égale à la pression atmosphérique grâce, par exemple, au raccordement de ce deuxième volume à l'atmosphère, ou peut avoir sa pression variable de manière à favoriser l'ouverture, ou le maintien en position ouverte, ou la fermeture, ou encore le maintien en position fermée de la soupape 19, selon les différentes phases du déplacement de la soupape. Cette pression variable que l'on peut établir dans ce deuxième volume 24 peut être dispensée par le carter-pompe 7 du cylindre considéré 1, ou par le carter-pompe d'un cylindre dont le cycle est angulairement décalé en avance de 90° ou 120° par rapport au cycle du cylindre considéré 1.
  • Les variations d'intensité de la résultante des forces, notamment de pression agissant de part et d'autre de la membrane, ainsi que de pression agissant de part et d'autre de la tulipe de la soupape, produit les variations d'ouverture de la soupape 19 et ainsi l'admission séquentielle du mélange carburé, en provenance de la canalisation d'admission 15, et allant dans la chambre 16 de combustion du cylindre considéré 1.
  • La figure 2 montre des variations de la pression dans différents volumes du moteur, en fonction de l'angle manivelle du cylindre 1 considéré.
  • La courbe en trait plein référencée P1 indique la variation de la pression dans la chambre du cylindre 1 considéré, la courbe en trait pointillé référencée P3 indique la variation de la pression dans le carter-pompe 7 du cylindre considéré, et la courbe en trait mixte référencée P2 indique la variation de la pression dans le carter-pompe 14 du cylindre 11 dont le cycle a un retard de 120° par rapport au cycle du cylindre 1.
  • La figure 2 montre bien qu'entre environ 155° et 275° d'angle de manivelle du cylindre 1, la pression P2 du carter-pompe 14 est supérieure à la pression P1 de la chambre du cylindre 1 et qu'un écoulement d'air carburé se produit dans la canalisation d'injection 15, dès lors que la soupape 19 est ouverte.
  • La figure 2 montre en outre qu'à partir d'environ 180° jusqu'à au moins 275° d'angle de manivelle, la pression P3 dans le carter-pompe 7 du cylindre 1 considéré est inférieure à la pression P2 dans la canalisation d'introduction d'air carburé, et que cette dépression peut être utilisée pour ouvrir la soupape si elle est reliée à la chambre 24.
  • Le choix notamment de la section utile de la membrane 22, du tarage des moyens de rappel 25, de la section de la tulipe de la soupape, du raccordement du deuxième volume 24 à un élément moteur, tel le carter-pompe 7 du cylindre 1, doit être adapté à chaque moteur pour produire les déplacements souhaités de la soupape. En effet, les phénomènes pulsatoires, vibratoires des différents éléments d'un moteur, tels la canalisation d'introduction 15, et propres à chaque moteur, modifient fortement les déplacements de la soupape comportant le dispositif d'assistance selon l'invention.
  • De la même manière que l'on a utilisé la pression du carter-pompe d'un cylindre décalé en retard de 120° pour alimenter la chambre 16, on pourra utiliser la pression d'un carter-pompe d'un cylindre dont le cycle est décalé en retard de 90°, comme il est décrit dans la demande de brevet français 87/09.035. On pourra aussi utiliser la pression du carter-pompe d'un cylindre dont le cycle est décalé de 90° ou 180° en avance par rapport au cycle d'un cylindre considéré pour alimenter le deuxième volume 24.
  • On ne sortira pas de l'invention en considérant que les moyens de rappel peuvent comporter la membrane 22 et le deuxième volume 24, lorsque la pression dans ce volume est supérieure à la pression dans le premier volume 23 et produit le rappel de la soupape vers une position fermée.

Claims (14)

1. - Dispositif pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre (16) d'un premier cylindre (1) d'un moteur à combustion interne à deux temps, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape (19) coopérant avec un siège pour obturer une canalisation d'introduction (15) du mélange carburé dans la chambre (16) du premier cylindre, des moyens de rappel (25) de la soupape (19), un organe d'assistance comportant un élément de séparation coopérant avec une extrémité d'une queue de la soupape (19), ledit organe (22) séparant un premier (23) et un deuxième (24) volumes au sein de chacun desquels règne une pression, l'élément (22) ayant un mouvement et produisant un déplacement de la soupape (19) sous l'action de la différence entre la pression du premier volume et la pression du deuxième volume.
2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier volume (23) est relié à la canalisation d'introduction (15) de façon que la pression dans le premier volume (23) soit sensiblement égale à la pression dans la canalisation (15).
3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième volume (24) est relié à un carter-pompe (7) du premier cylindre (1) de façon que la pression dans le deuxième volume (24) soit sensiblement égale à la pression dans le carter-pompe (7) du premier cylindre.
4. - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur comporte au moins un deuxième cylindre (11) ayant un carter-pompe (14), en ce que la canalisation d'introduction (15) dans la chambre du premier cylindre est reliée au carter-pompe (14) du deuxième cylindre, et en ce que le deuxième cylindre (11) possède un décalage angulaire non nul, en retard par rapport au premier cylindre (1).
5. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième volume (24) est relié à un élément du moteur dont la pression relativement à la pression du premier volume (23) est telle qu'elle contribue aux déplacements de la soupape (19).
6. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur comporte au moins un troisième cylindre ayant un carter-moteur et dont le cycle est décalé en avance par rapport au cycle du premier cylindre (1), et en ce que le carter-moteur du troisième cylindre est relié audit deuxième volume (24).
7. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément de séparation est une membrane.
8. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément de séparation (22) a une section utile supérieure à la section de la soupape (19).
9. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la canalisation d'introduction (15) comporte un organe (20) d'introduction de carburant.
10. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la canalisation (15) débouche au voisinage d'une culasse du premier cylindre (1).
11. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moteur comporte plusieurs cylindres ayant chacun un carter-pompe alimenté en air par une canalisation d'admission d'air, cette canalisation d'admission comportant un élément adapté à réduire l'admission d'air, et en ce que la partie de la canalisation d'air, commune aux plusieurs cylindres, et située en aval de l'élément adapté à réduire l'admission d'air, est reliée à la deuxième chambre de l'organe d'assistance.
12. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 et 8 à 11 dont l'élément de séparation est un piston.
13. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel comportent ladite membrane.
14. - Méthode pour introduire sous pression un mélange carburé dans une chambre (16) d'un premier cylindre (1) d'un moteur à combustion interne à deux temps, ce moteur comportant une soupape (19) coopérant avec un siège pour obturer une canalisation d'introduction (15) de mélange carburé dans la chambre (16) du premier cylindre (1), caractérisé en ce que l'on utilise un organe d'assistance des déplacements de la soupape, ledit organe comportant un élément séparation (22), séparant un premier (23) et un deuxième (24) volume au sein desquels règne une pression, coopérant avec l'extrémité d'une queue de la soupape (19), et ayant des mouvements sous l'action de la différence entre la pression du premier volume et du deuxième volume, l'organe d'assistance comportant en outre des moyens de rappel (25) de la soupape, et en ce que l'on relie le premier volume (23) à la canalisation d'introduction (15) de mélange carburé.
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