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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517374A1
Family ID 1870606
Probable Assignee Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION DIRECTE ET A
COMPRESSION D'AIR
Abstract
_________________________________________________________________
LE MOTEUR PRESENTE DANS LE PISTON UNE CHAMBRE DE REVOLUTION7 OU ON
INJECTE LE COMBUSTIBLE PAR UN INJECTEUR2 INCLINE UNIQUEMENT AVEC UN
JET EN DIRECTION DE L'AIR EN ROTATION. LA MARCHE DU MOTEUR DOIT ETRE
AMELIOREE DANS CE SENS QUE DANS TOUTES LES PLAGES DE FONCTIONNEMENT,
SURTOUT AU DEBUT ET A LA FIN DE L'INJECTION, LES GAZ SORTANT DE LA
CHAMBRE GRACE AU COURANT D'AIR TOURNANT, APRES LE PMH, EVENTUELLEMENT
LES DISSIPATIONS DE COMBUSTIBLE POUVANT SE PRODUIRE N'ENGENDRENT
AUCUNE DETERIORATION DES CARACTERISTIQUES DE FONCTIONNEMENT ET AUCUNE
EROSION SUR LA TETE DE PISTON, OU SUR LA CULASSE. CECI EST OBTENU PAR
LE FAIT QUE LE POINT DE SORTIE2A DE L'INJECTEUR AU POINT MORT HAUT DU
PISTON SE SITUE EN DESSOUS DE LA TETE DE PISTON ET PLONGE DANS LA
CHAMBRE, AINSI QUE PAR LE FAIT QUE L'INJECTEUR EST ENROBE AVEC UN JEU
PAR UNE DOUILLE4 OUVERTE DU COTE FRONTAL ET AYANT UNE FENTE
LONGITUDINALE, LAQUELLE DOUILLE FAIT SAILLIE AU-DELA DE L'OUVERTURE
D'INJECTION2A (POINT DE SORTIE DU COMBUSTIBLE).
Description
_________________________________________________________________
L'invention se rapporte a un moteur a combustion interne, a injection
directe et compression d'air, avec auto- allumage ou allumage
commande, lequel moteur presente dans le piston une chambre de
combustion en forme de revolution, o l'on confere a l'air de
combustion entrant, par des moyens connus, un mouvement rotatif autour
de l'axe longitu- dinal de la chambre et o le combustible est injecte
en un seul jet, au moyen d'un injecteur dispose de facon excentri- que
a proximite du rebord d'ouverture de la chambre, et ce, de telle
maniere en direction de l'air de combustion en rotation dans la
chambreque la formation d'un film de com- bustible est possible sur la
paroi de la chambre.
De tels moteurs a combustion interne, travaillant selon le procede de
l'application du combustible sur la paroi, sont deja bien connus Ils
ont une serie d'avantages, parmi lesquels on peut notamment citer une
bonne exploitation du combustible, un faible trouble des gaz
d'echappement et un fonctionnement silencieux On a egalement constate
une pos- sibilite d'amelioration complementaire de la qualite du gaz
d'echappement (reduction de formation de fumees blanche et bleue et
des hydrocarbons non brilles), en melangeant pres- que directement au
ralenti et en plage inferieure de regime et de charge, la faible
quantite d'injection necessaire avec l'air de combustion, etant donne
que dans ces plages, la temperature de la paroi de la chambre
necessaire a une evaporation assez rapide du combustible applique sous
forme de film n'est pas suffisante, d'o traitement incomplet du
melange et donc combustion incomplete En plage superieure de reqime et
de charge par contre, l'application du combus- tible sur la paroi a
tres bien fait ses preuves.
Il s'est a present avere que le combustible, melange a l'air, au
ralenti et en plage inferieure de regime et de charge, forme,
immediatement apres avoir quitte l'ouverture de l'injecteur, un nuage
pourvu d'une force minime de pene- tration, qui est rapidement balaye
par l'air en rotation.
De ce fait, le combustible peut etre devie vers la paroi de la
chambre, vers l'espace intermediaire entre tete de piston et culasse,
ou, dans le cas d'une chambre de combus- tion retrecie, vers la paroi
du bec L'application sur ces endroits plus froids engendre a nouveau
une deterioration des caracteristiques des gaz d'echappement, en
particulier des hydrocarbons non brules.
Egalement a regime et charge eleves, le jet prin- cipal pourvu d'une
grande force de penetration est accompa- qne au debut et a la fin de
l'injection par de petits nuages de combustible Ces nuages de
combustible sont devies encore plus fortement qu'a bas regime par le
gaz tournant a present plus rapidement et sont transportes
essentiellement vers les espaces entre culasse et tete de piston En
outre a grande vitesse/du gaz passe directement apres le P M H de la
chambre de combustion vers la fente s'agrandissant rapidement entre la
culasse et la tete de piston, et entraine de preference les nuages et
les gouttelettes de combustible se formant vers la fin de l'injection
Le combustible parvenant ainsi a cet endroit est soustrait au procede
de combustion proprement dit, n'est pas pris par le front de flammes
s'etendant dans la chambre de combustion et brule subitement par
inflammation spontanee Ces nuages de combustible ont des effets
erosifs tres prononces sur les surfaces tres proches du piston et de
la culasse.
C'est la qu'intervient l'invention, qui a pour but, dans un moteur a
combustion interne du type decrit ci-dessus, d'eviter sur la tete du
piston et sur la culasse les erosions engendrees par les deviations de
combustible, et d'ameliorer l'emission de gaz d'echappement quant aux
hydrocarbons non brules. Conformement a la presente invention, ce
resultat est obtenu par le fait que l'ouverture d'injection de l'in-
jecteur se situe au point mort haut du piston, en dessous la tete de
piston et plonge dans la chambre de combustion, et que le col de
l'injecteur est enrobe avec jeu par une douille formee avec une fente
longitudinale, ouverte du cote frontal, laquelle douille est en
saillie au-dela de l'ouver- ture d'injection.
Grace a ces caracteristiques, le but recherche est pleinement atteint
de facon simple La penetration de l'ou- verture d'injection de
l'injecteur dans la chambre de com- bustion pendant le processus
d'injection evite que du com- bustible puisse parvenir entre la tete
de piston et la culasse.
Le combustible, dissipe par l'air tournant, retombe de pre- ference
sur la paroi inferieure en saillie de la douille, et comme cette zone
de paroi sera tres chaude, il s'en suivra la une evaporation rapide du
combustible De plus, la douille protege l'injecteur contre des
echauffements trop forts; les apparitions de cokefaction dans
l'ouverture d'injecteur, pouvant se produire en raison d'une avancee
plus profonde de l'injecteur dans la chambre de combustion, sont
totalement evitees Il ne se produit egalement aucune deformation de
l'injecteur, etant donne que grace a la douille avec son jeu par
rapport au corps d'injecteur, de trop fortes differences de
temperature ne peuvent pas se produire dans les zones superieures ou
inferieures de l'injecteur Ainsi la douille, a cote de sa fonction de
collecteur pour le combustible dissipe, sert a ameliorer la
preparation du melange et sert de protection thermique a l'injecteur
La fente longitudinale dans la douille assure dans ce cas un bon
contact exempt de tension, de la douille avec la culasse refroidie,
egalement en cas de distribution asymetrique de temperature dans la
douille On evite ainsi la formation de fissures et de cas- sures,
aussi bien dans la douille que dans la culasse L'es- pace
intermediaire entre injecteur et douille (jeu) se rem- plira peu a peu
de depots de suie et de coke Ces depots agissent comme isolants et
forment par consequent une pro- tection thermique complementaire.
On sait qu'il est deja connu d'utiliser comme pro- tection thermique
des douillescylindriques qui enrobent la tige de l'injecteur et sont
maintenues dans la culasse ou fixees au porteinjecteur, les douilles
reposant totalement ou partiellement avec ajustage serre sur le col
cylindrique de la partie en saillie de l'injecteur (cf DE-PS 873 011).
Dans l'installation connue il s'agit d'un injecteur refroidi
directement, dispose centralement au-dessus de la chambre de
combustion L'inconvenient de cette douille connue est que par le
contact des douillesavec chaque corps d'injecteur, la chaleur continue
a etre transmise aux corps d'injecteur, du moins dans les zones
superieures De meme, pendant le fonctionnement, des tensions peuvent
se produire dans ces zones de la douille, ce qui peut conduire a des
fissures.
Il est en outre defavorable que le diametre de l'ouverture d'injecteur
doive etre plus grand, pour pouvoir introduire et fixer l'injecteur et
la douille de protection Cela n'a cependant, dans l'installation
connue, pas tellement d'im- portance, etant donne aue la, -comme deja
mentionne-, on a affaire a un injecteur refroidi directement et
dispose cen- tralement au-dessus de la chambre de combustion Par
contre, dans le cas de la presente invention, un diametre plus grand
serait problematique Dour des raisons constructives, l'in- jecteur
etant dispose excentriquement a proximite du rebord d'ouverture de la
chambre de combustion, de facon inclinee par rapport a l'axe
longitudinal de celle-ci et la dissipa- tion de chaleur de la zone de
l'injecteur devant s'effectuer par l'intermediaire des surfaces
refroidies de la culasse.
Il est en outre a constater que dans l'injecteur connu, la pointe de
la partie en saillie de l'injecteur rentre dans la chambre de
combustion La raison de cette disposition n'apparait pas dans la
description du DE-PS 873 011 Etant donne que dans les injecteurs
disposes centralement, le pro- bleme de dispersion de combustible dans
les espaces entre culasse et tete de piston est moins actuel en raison
de la distance plus grande, il faut supposer que l'avancee de
l'injecteur dans la chambre de combustion a un autre but.
Comme il y a un rapport entre l'ecart du piston depuis la tete de
cylindre au debut de l'injection et a la fin de l'injection et la
profondeur optimale de plongee de l'ouverture d'injecteur dans la
chambre de combustion (l'ecart du niston est a chaque fois dependant
de la course), il est avantageux, selon une autre caracteristique de
l'invention, que la profondeur de plongee de l'ouverture d'injection
dans la chambre calculee en direction verticale soit au moins aussi
grande que la distance entre la tete de piston a la fin de l'injection
de -combustible, a regime nominal et pleine charge, et le bord
inferieur de la fente de culasse formee au noint mort haut Cela veut
dire, qu'a la fin de l'injec- tion, l'ouverture d'injection de
l'injecteur vient se situer au moins a la hauteur de la tete de piston
Elle peut se situer en-dessous, mais pas au-dessus.
Il s'est avere que les phenomenes se deroulant a la fin de l'injection
sont essentiellement responsablesde la creation d'erosion sur la tete
de piston On peut donc prendre comme echelle la fin de l'injection a
regime nominal et pleine charge, pour determiner la profondeur
d'immersion de l'ouver- ture d'injection Cette position sera aussi,
dans la plupart des cas, optimale pour les emissions de gaz
d'echappement sur lesquelles il faut specialement veiller a faible
charge et a bas recgime D'une part les temps d'injection sont alors
plus courts, le debut d'injection et la fin d'injection se situent
plus pres du point mort haut, d'autre part les mou- vements de aaz
(mouvements tournants et mouvements d'evacua- tion) sont beaucoup plus
petits, etant donne que ceux-ci sont a peu pres proportionnels au
regime.
On obtient des resultats particulierement bons avec des douilles
faisant entre 0,5 a 2,0 mm de saillie au-dela de l'ouverture
d'injection Des douilles debordant davantage generaient la rotation de
l'air de combustion.
Il s'est avere comme pratique que la largeur de fente de la douille a
l'etat monte froid soit comprise entre 0,5 et 2 mm environ et aue le
diametre exterieur de la douille a l'etat libre (non monte) soit 1,0 a
1, 3 fois la valeur du diametre de l'ouverture d'injecteur dans la
culasse Ceci permet un montage ou une introduction facile de la
douille dans l'ouverture d'injecteur, la douille a fente longitudi-
nale se laissant deformer de facon bien elastique.
On propose egalement encore, dans la zone du morte- injecteur, de
prevoir une collerette a la douille Cette collerette determine la
position de mise en place de la douille et evite un glissement de
celle-ci dans le cylindre.
Il est en outre avantageux de placer la fente lon- gitudinale
(position de la fente) dans la zone de la douille qui est totalement
recouverte par la culasse Ainsi, du com- bustible ne peut pas parvenir
a travers la fente existant dans les zones critiques En particulier la
pointe de la culasse, formee dans la zone inferieure de la douille
(dans la zone du fond de la culasse), n'est pas aussi fortement
sollicitee par la deformation thermique defavorable de la partie de la
douille emergeant de la culasse Le danger de formation de fissures,
specialement a cet endroit ou un grillage de cette pointe,sont ainsi
evites.
D'autres caracteristiques de l'invention apparai- tront au cours de la
description qui va suivre, donnee a tire d'exemple non limitatif en
regard des dessins ci-joints, et qui fera bien comprendre comment
l'invention peut etre realisee. Les dessins representent figure 1, une
coupe longitudinale a travers la partie inferieure d'un injecteur avec
douille,dispose dans la culasse, ainsi qu'a travers la partie
superieure d'un piston dispose dans un cylindre avec chambre de
combustion au point mort haut (PMH); figure 2, une coupe de
l'injecteur et de la douille, suivant la ligne Il-II de la figure 1;
figure 3, une coupe longitudinale analogue a celle de la figure 1,
avec representation du mouvement des gaz apres le PMH et du jet de
combustible avec un nuage de com- bustible; et figure 4, un diagramme
du mouvement pendant le pro- cessus d'injection avec representation de
la profondeur de plongee de l'ouverture d'injection (point de depart
du jet) dans la chambre de combustion (en agrandissement).
Les figures 1 et 3 montrent une chambre de combus- tion 7 de forme
spherique, formee dans un piston 6, et gui presente vers la culasse 5
un col retreci, dans lequel est prevu un canal de liaison 7 a, concu
comme un bec et debou- chant de facon inclinee dans la chambre de
combustion 7.
Dans le prolongement du canal de liaison 7 a, un injecteur de
combustible 2 est dispose dans la culasse 5 Cet injec- teur est enrobe
d'une douille 4 avec un jeu 16 et l'ouver- ture d'injection 2 a de
l'injecteur se situe sous le niveau du fond de culasse 5 a La douille
4 est ouverte du cote frontal et presente une fente longitudinale, la
largeur de la fente S (voir figure 2) etant t l'etat monte froid de
0,5 a 2,0 mm Le diametre exterieur de la douille libre 4 (non montee)
peut presenter au maximum 1,3 fois la valeur du diametre d de
l'ouverture d'injecteur 11 dans la culasse; de preference on utilise
une douille avec 1,1 fois cette valeur Le diametre plus grand ou au
moins de meme grandeur quela douille 4 par rapport a l'ouverture
d'injecteur il assure que la surface exterieure de la douille 4 repose
iron- mement contre la paroi de la culasse Ainsi, la chaleur in-
troduite dans la douille est bien evacuee sur la paroi refroi- die de
la culasse.
L'essentiel est que la douille 4 fasse saillie au dela de l'ouverture
d'injection 2 a de l'injecteur 2 La par- tie saillante peut etre de
0,5 a 2,0 mm Une saillie de 1,0 mm s'est averee comme tres avantageuse
-
Dans la position point mort haut du piston 6 (figure 1), l'ouverture
d'injection 2 aainsi que la partie en forme de iron a cheval
cylindrique de la douille 4, plonge dans la chambre de combustion 7 La
profondeur de saillie a de l'ou- verture d'injection 2 a dans la
chambre 7 -mesuree en direction verticale est dans ce cas au moins
aussi grande que la distance entre la tete de piston 6 a, a la fin de
l'injection de combustible -pris a regime nominal et pleine charge et
le rebord inferieur de la fente 5 b formee par la culasse au PMH. Si
l'on desire une amelioration complementaire des caracteristiques des
gaz d'echappement (ceci est par exemple valable pour les vehicules
plus legers ou pour les plages de charge faible sur les poids lourds),
il est egalement pensable de laisser plonger davantage l'ouverture
d'injection dans la chambre de combustion et de fixer la profondeur
d'immersion a en fonction de la distance du piston au debut de
l'injection ou de fixer une valeur entre debut et fin de l'injection.
Sur la figure 1 est encore represente l'axe d'in- jection 1, qui
coincide ici avec l'axe du trou d'injection.
Ceci ne doit pas toujours etre le cas En outre, le porte- injecteur
est designe par 3 Dans la zone de ce porte- injecteur, la douille 4
presente une collerette 4 a Ainsi la douille est orientee dans sa
position.
La figure 3 represente la position du piston 6 apres le point mort
haut, soit vers la fin de l'injection On peut voir qu'autour du jet
principal de combustible injecte il y a un brouillard de combustible
9, ou des gouttelettes de com- bustible sans energie, qui -sous
l'effet de l'air tournant 17 retombent sur la partie en iron a cheval
cylindrique de la paroi chaude de la douille et s'y evaporent Les
fleches montrent le mouvement radial de gaz, qui se met en place apres
le PMH.
Il s'est avere vue ce mouvement radial de gaz repre- sente
essentiellement la cause des erosions de la tete de piston et de la
culasse, etant donne que ce mouvement entraine les nuages ou les
gouttelettes de combustible se produisant vers la fin de l'injection,
de preference dans la fente entre culasse et tete de piston Comme dans
le cas de la presente invention, l'ouverture d'injection 2 a se situe
a la fin de l'injection encore au moins au niveau de la tete de piston
6 a (ou eventuellement plus bas) and #x003E;cet inconvenient
n'apparait pas Ceci est egalement valable pour le debut d'injection
avant PMH, bien que la, dans la plupart des cas, l'ouverture 2 a de
l'injecteur 2 se situera encore audela de la tete de piston 6 a Dans
ce cas, le flux etrangle entrant a haute vitesse dans la chambre de
combustion empechera dans une large mesure une dissipation du
combustible vers les espaces entre tete de piston et culasse.
Sur le diagramme de la figure 4 on a represente sous forme de parabole
la position du piston 13 en fonction des degres de rotation
vilebrequin Dans l'exemple, l'injec- tion de combustible commence a
260 avant PMH (EB) et finit a 12 apres PME (EE); la duree d'injection
a pleine charge est designee par 10 On peut aussi-voir qu'a la fin de
l'in- jection, le piston se trouve a une distance a de la fente de
culasse 5 b Cet ecart a correspond a la profondeur d'im- mersion du
point de sortie du jet 2 a dans la chambre de com- bustion, lorsque le
piston se trouve au point mort haut.
Dans l'exemple,la profondeur d'immersion a est d'environ 1,3 mm et la
douille 4 fait saillie au-dela de l'ouverture d'injection 2 a
d'environ l mm L'axe de l'ouverture d'in- jection est designe sur la
figure 4 par 12.
Il reste finalement a mentionner qu'il n'est pas necessaire, du fait
de la saillie de la douille, de realiser le diametre d'ouverture dans
la culasse plus grand pour l'in- jecteur On realise plutot le col
d'injecteur de facon plus mince Cet enlevement de matiere dans la zone
du col d'in- jecteur a pour effet (grace a la surface exposee plus
petite et au flux interne de combustible) une reduction complemen-
taire de la temperature a l'injecteur.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Mloteur a combustion interne, a injection directe et compression
d'air, avec auto-allumaae ou allumage commande, qui presente dans le
piston une chambre de combustion en forme de revolution, o l'on
confere de l'air de combustion entrant, par des moyens connus, un
mouvement tournant autour de l'axe longitudinal de la chambre et o le
combustible estinjecte, par un injecteur dispose de facon excentrique
a pro-ximite du bord d'ouverture de la chambre dans la culasse, avec
uniquement un jet de telle sorte en direction de l'air de combustion
tournant dans la chambre, qu'il y a possibilite de formation d'un film
de combustible sur la paroi de la chambre, caracterise par le fait que
l'ouverture d'injection (2 a) de l'injecteur (
2), au point mort haut du piston (6) se situe en-dessous de la tete de
piston (6 a) et plonge dans la chambre de combustion (7) et que le col
de l'injecteur (2) est enrobe avec un jeu (16) par une douille (4)
ouverte du cote frontal et ayant une fente longitudinale,
laquelledouille est en saillie au-dela de l'ouverture d'injection (2
a).2 Moteur selon la revendication 1, caracterise par le fait que la
profondeur de saillie (a) de l'ouverture d'injection (2 a) dans la
chambre de combustion (7) -mesuree en direction verticale est au moins
aussi grande aue la distance entre la tete de piston (2 a), a la fin
de l'injection de combustible a regime nominal et pleine charge et le
rebord inferieur de la fente (5 e) formee au point-mort haut par la
culasse.
3. Moteur selon la revendication 1, caracterisepar le fait que la
douille (4) est en saillie de 0,5 a 2,0 mm.4 Moteur selon une des
revendications 1 a 3,caracterise par le fait que la largeur de la
fente (s) de la douille (4), a l'etat monte froid, est de l'ordre de
0,5 a2,0 mm.5. Moteur selon une des revendications
precedentes,caracterise par le fait que le diametre exterieur de la
douille (4) a fente, a l'etat libre (non monte) est de 1,0A 1,3 fois
la valeur du diametre (d) de l'ouverture d'in-jecteur (11) dans la
culasse (5).6. Moteur selon une des revendications
precedentes,caracterise par le fait que la douille (4) presente une
col-lerette (4 a) dans la zone du porte-injecteur (3).7. Moteur selon
une des revendications precedentes,caracterise par le fait que la
fente longitudinale (position de la fente) se situe dans la zone de la
douille (4) qui estentierement recouverte par la culasse (5).
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