Brevet FR2359281A1 — publié le 19780217

La présente invention concerne un moteur a cycle deux ou quatre temps a allumage commande, comprenant un cylindre dans lequel se deplace un piston, et une culasse comportant une préchambre reliée à la chambre de combustion, préchambre dans laquelle débouchent un injecteur de carburant et un dispositif d'allumage commandé. On sait que la stratification, dont le rôle consiste à assurer la combus tion d'un mdlange hetérogene, a pour principal avantage de permettre l'emploi de mélanges pauvres et par conséquent de réduire les teneurs en imbrûlées et en oxyde d'azote. Pour obtenir cette stratification, on procede actuellement à la réalisation d'un mélange suffisamment riche au voisinage du dispositif d'allumage afin de provoquer l'inflammation du combustible, la combustion se propageant ensuite d'elle-même en mélange pauvre. Les techniques utilisées consistent à injecter le carburant soit directement dans la chambre de combustion, soit dans une préchambre. La première technique permet la réalisation de la stratification grâce à des effets aérodynamiques engendrés par le déplacement du piston qui provoque une turbulence orientée de l'air en début d'inflammation. Elle ne donne toutefois pas entiere satisfaction, d'une part parce qu'elle est difficile à mettre au point et d'autre part parce que ses résultats dépendant fortement du régime de rotation du moteur et de l'effet d'échelle. La seconde technique permet la réalisation d'une stratification statique en assurant une différence de richesse des mélanges dans la préchambre et dans -la chambre principale. Elle est plus reproductible que la précédente, mais en contrepartie elle exige que les deux chambres soient séparées par un étranglement, ce qui lui confère des performancesmoins élevées en puissance, ainsi que la présence d'une seconde injection-ou d'une carburation pour enrichir le mélange dans la préchambre. La présente se propose-de remédier aux inconvénients des techniques connues tout en conservant leurs avantages et pour ce faire elle a pour objet un moteur à cycle deux ou quatre temps à allumage commandé caractérisé en ce que la préchambre communique sans étranglement avec la chambre de combustion, qui est conformée de manière à être le siège d'une forte turbulence, des moyens étant prévus pour que l'injection du carburant dans la préchambre soit commandée avec une avance croissant fortement avec la charge du moteur. Avantageusement, pour une faible charge, ltinjection est commandée de manière à ce qu'elle s'effectue légèrement avant l'allumage, lorsque le piston est voisin du point mort haut, alors que pour une forte charge, elle est commandée de manière à ce qu'elle steffectue bien avant l'allumage, lorsque le- piston est encore voisin du point mort bas. Grâce à ces dispositions, à faible charge, donc avec une avance à l'injec tion faible, le mouvement de l'air pendant la période de compression induit par le mouvement du piston réalise un reflux vers la cambre principale et la préchambre, ce qui favorise le maintien du carburant dans la préchambre et assure par conséquent une richesse suffisante du mélange pour l'inflammation de ce mélange. Par contre, à forte charge, l'injection s'effectuant bien avant l'allumage, c 'est-à-dire au début de la phase de compression, on obtient un mélange extrêmement homogène et de richesse voisine de 1, ce qui signifie que le rapport des masses d'air et de carburant est voisin de 15. On utilise donc à plein l'air admis. Finalement, que ce soit à faible ou à forte charge, on obtient une pollution minime grâce à une solution technologique simple. Selon un mode de réalisation de l'invention auquel il semble qu'il y ait lieu de donner la préférence, des moyens sont prévus pour contrôler l'avance à l'injection en fonction de la quantité de carburant injecté et pour contrôler le débit d'air admis dans le cylindre en fonction de la quantité de carburant injecté de façon à ce que le rapport de masse air/carburant ait une valeur inférieure à la valeur maximum réalisable. S'agissant d'un moteur à cycle deux temps, la chambre de combustion est avantageusement réalisée dans la culasse, la face inférieure de sa paroi constituant une surface de chasse entourant la-préchambre et avec laquelle coopère la face supérieure du piston lorsque celui-ci vient au point mort haut, la chambre de combustion étant constituée de chambres élémentaires adjacentes entre lesquelles se prolonge la surface de chasse. S'agissant par contre d'un moteur à cycle à quatre temps, dans lequel la culasse comporte des conduits d'admission et d'échappement reliés à la chambre de combustion par l'intermédiaire de soupapes d'admission et d'échappement, la chambre de combustion comporte avantageusement une partie dans la culasse-et une partie complémentaire dans le piston, la face inférieure de la paroi de la partie de la chambre située dans la culasse constituant une surface de chasse entourant la préchambre et avec laquelle coopère le piston lorsque celui-ci vient au point mort haut, la partie de la chambre située dans le piston pouvant d'ailleurs avoir un volume réduit ou même nul. Deux modes d'exécution de l'invention sont représentés à titre d'exemples sur les dessins dans lesquels - la figure 1 montre en coupe partielle un moteur à cycle deux temps conforme à l'invention ; - la figure 2 est une coupe au travers de la préchambre de ce moteur - la figure 3 représente en coupe transversale partielle un moteur à quatre temps conforme à l'invention ; - la figure 4 montre en coupe la chambre principale ; et - la figure 5 est un diagramme montrant un exemple des lois d'injection et d'avance. Sur la figure I, on voit partiellement représenté un moteur a cycle à deux temps pourvu d'un piston plat 1 qui se déplace dans un cylindre 2 fermé par une culasse 3. La culasse 3 est conformée pour constituer une chambre de combustion principale 4 dont le volume pourrait représenter 50 à 75 % du volume total lorsque le piston est au point mort haut. Cette chambre de combustion principale 4 est dans l'exemple représenté du type à turbulence ventilée selon le brevet français n" 74.28451 du 19 Août 1974 et pour ce faire elle est divisée, comme on le voit à la figure 2, en trois compartiments 4a, 4b et 4c. La culasse reçoit également une préchambre 5 dans laquelle débouche l'injecteur de carburant 6 au-dessous de l'extrémité de la bougie 7. Comme le montre la figure 1 d'une part et la figure 2 d'autre part, la préchambre 5 communique sans étranglement avec la chambre de combustion 4. Des moyens non représentés et de type classique font en sorte que l'injection de carburant dans la préchambre est commandée avec une avance qui croit fortement avec la charge du moteur, cette avance étant très légère à faible charge et très importante à forte charge. Par exemple, comme représenté en figure 5, lorsque la quantité injectée représentée en abcisse varie de 20 à 100 %, l'avance peut varier de 400 à 1800. Cette avance est représentée par la droite A par rapport à l'échelle figurant à la gauche du croquis. On conçoit qutainsi à faible charge, une faible quantité de carburant est injectée en fin de course de compression du piston et que l'air frais admis est comprimé et progressivement refoulé vers la chambre principale et la préchambre, ce qui crée un contre-courant défavorable à la pénétration du jet de carburant dans la chambre principale. Il en résulte que malgré la faible quantité de carburant injectée, on est en présence d'un enrichissement maximum dans la préchambre, ce qui assure l'inflammation sans que le fort excès d'air dans la chambre principale puisse s'y opposer. Au contaire, lorsqu'à pleine charge, une forte quantité de carburant est injectée, mais alors au début de la compression, on conçoit que le mélange obtenu devient très homogène par suite du long temps disponible et de la forte turbulence en fin de compression. Les essais pratiqués ont révélé que l'application de l'invention est particulièrement avantageuse pour les moteurs à deux temps sans soupape, mais l'invention s'applique également avec profit aux moteurs à deux et quatre temps avec soupapes, malgré que la présence de soupapes ne permette pas toujours une aussi grande liberté de choix dans la détermination de la structure de la chambre principale ou même de la préchambre. C'est pourquoi on a représenté en figure 3, en vue partielle, un moteur à quatre temps conforme à l'invention, comportant de façon classique un piston 8 qui se déplace dans un cylindre 9 fermé par une culasse 10. La chambre principale est prévue pour partie dans la culasse 10 en 11 et pour partie dans le piston 8 en 12, étant entendu que ces parties 11 et 12 peuvent avoir des dimensions relatives extrêmement variables, l'une des deux pouvant être d'un volume nul. La chambre 11 reçoit les conduits d'admission et d'échappement dont un seul est visible en 13, et les soupapes dont une seule est visible en 14. Elle communique sans étranglement avec une préchambre 15 dans laquelle débouchent l'arrivée de combustible 16 et la bougie 17. Le fonctionnement d'un tel moteur pour ce qui concerne le problème résolu par l'invention est le même que celui du moteur à deux temps précédemment décrit. On se reportera maintenant à la figure 5 pour rappeler qu'elle représente un diagramme dans lequel on trouve en abcisse la quantité de combustible injectée en pourcentage et en ordonnée à gauche, l'avance à l'injection en degrés. Ce diagramme représente également en ordonnée à droite, graduée de O à 100, une possible limitation du débit d'admission d'air, par exemple grâce à un obturateur placé sur la tubulure d'admission d'air pour réaliser une limitation représentée par la courbe L. On voit que dans un tel cas, il y a variation linéaire d'une valeur d'environ 50 à une valeur d'environ 15 lorsque la quantité injectée passe de 20 à 100 2. Cette limitation du rapport de masse air/carburant à des valeurs inférieures au minimum réalisable limite le taux de stratification et améliore le fonctionnement du moteur. Les résultats obtenus au cours des essais pratiqués sur divers moteurs en mettant en oeuvre la présente invention se sont révélés extrêmement favorables dans tous les cas, et plus particulièrement dans le cas de moteurs à deux temps, comme cela a été indiqué ci-dessus. A titre d'exemple, on donne ci-dessous les résultats obtenus sur un moteur à deux temps dont le rapport air/carburant minimum réalisable en marche au, ralenti est de 120, et dont le réglage est conforme au tableau ci-dessous Avance Quantité Rapport du à l'injection injectée carburant Ralenti et marche 40" 20 % 50 à vide Pleine charge - 1800 100 Z 15 - Les performances obtenues aux essais ont été les suivantes, respectivement pour un moteur d'origine et pour un moteur modifié conformément à l'invention. Moteur d'origine Moteur modifié Puissance 11,5 ch/cylindre 20 ch/cylindre . Consommation - 100 Z de charge 350 g/ch h 210 g/ch h - 50 X de charge 380 g/ch h 200 g/ch h . Masses polluantes : - - hydrocarbures imbrûlés base 100 6 - oxyde de carbone base 100 10 - oxydes d'azote base 100 100 Ce tableau montre que la puissance du moteur se trouve largement augmentée tandis que la consommation est bien plus faible. Si les masses polluantes d'oxydes d'azote sont demeurées inchangées, ce qui n est pas surprenant, par contre la quantité d'hydrocarbures imbrulés a diminuée de 94 Z et la quantité d'oxyde de carbone a diminué de 90 %. REVENDICATIONS 1.- Moteur a cycle deux ou quatre temps à allumage commandé, comprenant un cylindre dans lequel se déplace un piston, et une culasse comportant une préchambre reliee à la chambre de combustion, préchambre dans laquelle débouchent un injecteur de carburant et un dispositif d'allumage commandé, caractérisé en ce que la préchambre communique sans étranglement avec la chambre de combustion, qui est conformée de manière à être le siège d'une forte turbulence, des moyens étant prévus pour que l'injection du carburant dans la préchambre soit commandée avec une avance croissant fortement avec la charge du moteur. 2.- Moteur à cycle deux ou quatre temps selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une faible charge, l'injection est commandée de manière à ce qu'elle s'effectue légèrement avant l'allumage, lorsque le piston est voisin du point mort haut, alors que pour une forte charge, elle est commandée de manière à ce qu'elle s'effectue bien avant i'allumage, lorsque le piston est encore voisin du point mort bas 3.- Moteur à cycle deux ou quatre temps selon la revendication I ou 2, caréctérisé en ce que des moyens sont prévus pour contrôler l'avance à l'injection en fonction de la quantité de carburant injecté. 4.- Moteur à cycle deux ou quatre temps selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour contrôler le débit d'air admis dans le cylindre en fonction de la quantité de carburant injecté, de façon à ce que le rapport de masse air/carburant ait une valeur inférieure à la valeur maximum réalisable. 5.- Moteur à cycle deux temps selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion est réalisée dans la culasse, la face inférieure de sa paroi constituant une surface de chasse entourant la préchambre et avec laquelle coopère la face supérieure du piston lorsque celui-ci vient au point mort haut. 6.- Moteur à cycle deux temps selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre de combustion est constituée de chambres élémentaires adjacentes entre lesquelles se prolonge la surface de chasse. 7.- Moteur à cycle quatre temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la culasse comporte des conduits d'admission et d'échappement reliés à la chambre de combustion par l'intermédiaire de soupapes d'admission et d'échappement, caractérisé en ce que la chambre de combustion comporte une partie dans la culasse et une partie complémentaire dans le piston, la face inférieure de'fa paroi de la partie de la chambre située dans la culasse constituant une surface de chasse entourant la préchambre et avec laquelle coopère le piston lorsque celui-ci vient au point mort haut. 8.- Moteur à quatre temps selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie de la chambre située dans le piston a un volume nul.