FR2788309A1 - METHOD OF MODULATING A 2-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY A RESONATOR CONNECTED TO THE PUMP CASE - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne un procédé de modulation de la puissance d'un moteur à combustion interne à 2 temps comprenant au moins un cylindre, un élément d'allumage, un piston mobile en translation dans ledit cylindre et délimitant une chambre de combustion, un carter-pompe séparé de la chambre de combustion par le piston, au moins un conduit de transfert entre le carter-pompe et la chambre de combustion, au moins un conduit d'échappement un orifice d'admission de gaz dans le carter-pompe, un moyen d'alimentation en carburant, une chambre additionnelle reliée au carter-pompe par un élément de liaison. Selon l'invention, la chambre additionnelle ou résonateur présente un volume fixe et prédéterminé; et le procédé consiste en outre à moduler l'ouverture de l'élément de liaison par un moyen spécifique et en ce que ledit résonateur est mis en communication avec le carter-pompe au delà d'un certain régime du moteur.- The present invention relates to a method for modulating the power of a 2-stroke internal combustion engine comprising at least one cylinder, an ignition element, a piston movable in translation in said cylinder and delimiting a combustion chamber, a pump-housing separated from the combustion chamber by the piston, at least one transfer duct between the pump-housing and the combustion chamber, at least one exhaust duct, a gas inlet orifice in the pump-housing, fuel supply means, an additional chamber connected to the pump housing by a connecting element. According to the invention, the additional chamber or resonator has a fixed and predetermined volume; and the method further consists in modulating the opening of the connecting element by a specific means and in that said resonator is placed in communication with the pump housing beyond a certain engine speed.
Description
La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustionThe present invention relates to the field of combustion engines
interne à 2 temps à carter-pompe.2-stroke internal pump housing.
Plus précisément, elle concerne la modulation de la puissance de More specifically, it relates to the modulation of the power of
pleine charge de tels moteurs.full load of such motors.
Dans certains domaines d'application, pour satisfaire des contraintes réglementaires, ou pour la préservation de l'intégrité mécanique des moteurs, les constructeurs sont amenés à limiter la puissance des moteurs In certain fields of application, in order to satisfy regulatory constraints, or to preserve the mechanical integrity of the motors, manufacturers are required to limit the power of the motors
dans certaines zones de fonctionnement. in certain operating areas.
Par exemple, dans le domaine des véhicules à deux ou trois roues motorisés, la catégorie cyclomoteurs impose par construction une vitesse maximum. En Europe cette vitesse maximum autorisée varie actuellement For example, in the field of vehicles with two or three motorized wheels, the moped category imposes by construction a maximum speed. In Europe this maximum authorized speed currently varies
selon les pays entre 25 et 50 km/h.depending on the country between 25 and 50 km / h.
Cette contrainte réglementaire nécessite une adéquation entre la puissance moteur au régime de vitesse maximum et la puissance de This regulatory constraint requires an adequacy between the engine power at maximum speed and the power of
résistance à l'avancement, caractéristique de chaque véhicule. resistance to travel, characteristic of each vehicle.
Cette adéquation ne peut être obtenue qu'en contrôlant la puissance moteur au régime de vitesse maximum. Ceci est généralement obtenu en dégradant le rendement. On observe alors une réduction des performances du véhicule, souvent accompagnée d'une augmentation des émissions This adequacy can only be obtained by controlling the engine power at maximum speed. This is generally achieved by degrading the yield. There is then a reduction in vehicle performance, often accompanied by an increase in emissions
spécifiques des polluants.specific pollutants.
La présente invention propose un nouveau mode de contrôle de la puissance du moteur, avec les avantages de préserver ses performances nominales et d'optimiser les émissions polluantes pendant la modulation de The present invention proposes a new mode of controlling the power of the engine, with the advantages of preserving its nominal performance and of optimizing the polluting emissions during the modulation of
la puissance.the power.
De façon connue, les moteurs 2 temps auxquels l'invention est susceptible de s'appliquer comportent généralement au moins un cylindre avec, associé à chaque cylindre, un carter-pompe communiquant avec l'une des extrémités du cylindre et assurant l'introduction de gaz frais dans le cylindre, par l'intermédiaire d'au moins un conduit et une ouverture de transfert. Le piston qui se déplace de manière alternative dans le cylindre assure également l'aspiration et la compression des gaz frais dans le carterpompe. Un dispositif d'admission permet l'introduction des gaz frais dans le carter, lorsque le piston se déplace dans la direction opposée au carter, ces gaz frais étant ensuite comprimés, lorsque le piston se déplace en direction du carter. Lorsque les ouvertures correspondantes du cylindre sont dégagées par le piston, ces gaz frais sont introduits dans le cylindre par les conduits et ouvertures de transfert et produisent un balayage au moins destiné à remplacer les gaz brûlés qui sont évacués par au moins une ouverture d'échappement généralement disposée de façon légèrement décalée par rapport aux ouvertures de transfert. Le piston se déplace en s'éloignant du carter, de manière à comprimer les gaz contenus dans le cylindre. L'allumage et la combustion du mélange produisent alors le In known manner, the 2-stroke engines to which the invention is likely to apply generally comprise at least one cylinder with, associated with each cylinder, a pump housing communicating with one of the ends of the cylinder and ensuring the introduction of fresh gas in the cylinder, through at least one conduit and a transfer opening. The piston which moves alternately in the cylinder also ensures the suction and compression of the fresh gases in the pump housing. An intake device allows the introduction of fresh gases into the housing, when the piston moves in the direction opposite to the housing, these fresh gases then being compressed, when the piston moves towards the housing. When the corresponding cylinder openings are released by the piston, these fresh gases are introduced into the cylinder through the transfer conduits and openings and produce a sweep at least intended to replace the burnt gases which are evacuated by at least one exhaust opening generally arranged slightly offset from the transfer openings. The piston moves away from the housing, so as to compress the gases contained in the cylinder. The ignition and combustion of the mixture then produces the
déplacement moteur du piston vers le carter. displacement of the piston towards the crankcase.
Selon le concept choisi, les gaz frais peuvent être un mélange air/essence ou de l'air. Dans ce dernier cas l'alimentation en carburant est assurée directement dans la chambre de combustion par un dispositif approprié. Concernant les moyens pour contrôler la puissance au régime de vitesse maximum, on connaît déjà des organes de commande à force Depending on the concept chosen, the fresh gases can be an air / petrol mixture or air. In the latter case, the fuel supply is ensured directly in the combustion chamber by an appropriate device. Concerning the means for controlling the power at maximum speed, we already know force control members
centrifuge tel que décrit par exemple dans le document DE-OS-2721 904. centrifugal as described for example in document DE-OS-2721 904.
Ces organes agissent directement sur l'allumage qui est modifié ou interrompu dès qu'une vitesse prédéterminée est dépassée. Ce concept présente cependant l'inconvénient majeur de produire des gaz de combustion imbrûlés à l'échappement dû à une combustion incomplète voire These organs act directly on the ignition which is modified or interrupted as soon as a predetermined speed is exceeded. This concept however has the major drawback of producing unburnt combustion gases at the exhaust due to incomplete combustion or even
inexistante du carburant.no fuel.
On connaît aussi, par la demande de brevet français FR 2 451 287, un dispositif de limitation de vitesse d'un véhicule, qui consiste à commander automatiquement la fermeture du papillon d'admission au delà d'une certaine vitesse grâce à un organe de commande disposé dans la poignée de réglage de la vitesse. Ce type de dispositif paraît être délicat à mettre en ceuvre en toute sécurité sur des cyclomoteurs; de plus des contraintes réglementaires Also known, from French patent application FR 2 451 287, is a device for limiting the speed of a vehicle, which consists in automatically controlling the closing of the intake throttle beyond a certain speed thanks to a control located in the speed adjustment handle. This type of device seems to be difficult to implement safely on mopeds; more regulatory constraints
peuvent empêcher son utilisation.may prevent its use.
Certains dispositifs connus tels que les organes de restriction de section de passage des gaz, limitent la puissance du moteur sur toute la plage de régime ce qui réduit de manière significative les accélérations du véhicule lors de son intégration dans le trafic, et donc la sécurité du conducteur. Par ailleurs le brevet US 4 955 333 décrit un moteur 2 temps dans Certain known devices, such as the throttle section restriction members, limit the engine power over the entire speed range, which significantly reduces the vehicle's acceleration during its integration into traffic, and therefore the safety of the vehicle. driver. Furthermore, US Pat. No. 4,955,333 describes a 2-stroke engine in
lequel un élément additionnel de volume variable est relié au carterpompe. which an additional variable volume element is connected to the pump housing.
Ainsi la variation du volume additionnel permet le contrôle de la vitesse d'introduction des gaz frais dans le cylindre et son optimisation pour les différents points de fonctionnement, ce qui ne peut être réalisé sans ce volume de variable additionnel. Cette variation du volume additionnel impose Thus the variation of the additional volume allows the control of the speed of introduction of the fresh gases into the cylinder and its optimization for the different operating points, which cannot be achieved without this volume of additional variable. This variation in additional volume requires
cependant une commande complexe et coûteuse. however a complex and costly order.
La présente invention vise à moduler la puissance de pleine charge du moteur et simultanément à limiter les émissions de polluants, d'une façon The present invention aims to modulate the full load power of the engine and simultaneously to limit pollutant emissions in a way
à la fois simple et efficace.both simple and effective.
Dans le cas de moteurs de cyclomoteurs, il s'agit selon l'invention de moduler la puissance développée par le moteur autour du régime de vitesse maximum. Ainsi l'invention a pour objet un procédé de modulation de la puissance d'un moteur à combustion interne à 2 temps comprenant au moins un cylindre, un élément d'allumage, un piston mobile en translation In the case of moped engines, it is a question according to the invention of modulating the power developed by the engine around the maximum speed speed. Thus, the subject of the invention is a method of modulating the power of a 2-stroke internal combustion engine comprising at least one cylinder, an ignition element, a piston movable in translation
dans ledit cylindre et délimitant une chambre de combustion, un carter- in said cylinder and delimiting a combustion chamber, a casing-
pompe séparé de la chambre de combustion par le piston, au moins un conduit de transfert entre le carter-pompe et la chambre de combustion (5), au moins un conduit d'échappement, un orifice d'admission de gaz dans le carter-pompe, un moyen d'alimentation en carburant, une chambre pump separated from the combustion chamber by the piston, at least one transfer duct between the pump crankcase and the combustion chamber (5), at least one exhaust duct, a gas inlet opening in the crankcase- pump, fuel supply means, a chamber
additionnelle reliée au carter-pompe par un élément de liaison. additional connected to the pump housing by a connecting element.
Selon l'invention, la chambre additionnelle ou résonateur présente un volume fixe et prédéterminé; le procédé consiste en outre à moduler l'ouverture de l'élément de liaison par un moyen spécifique et ledit résonateur est mis en communication avec le carter-pompe au delà d'un certain régime du moteur, lorsque la modulation de puissance est According to the invention, the additional chamber or resonator has a fixed and predetermined volume; the method further consists in modulating the opening of the connecting element by a specific means and said resonator is placed in communication with the pump housing beyond a certain engine speed, when the power modulation is
recherchée.wanted.
Selon un mode de réalisation de l'invention, on module l'ouverture de l'élément de liaison en fonction du régime du moteur ou d'un paramètre According to one embodiment of the invention, the opening of the connecting element is modulated as a function of the engine speed or of a parameter
représentatif du régime moteur.representative of engine speed.
En accord avec un autre mode de réalisation de l'invention, on module I'ouverture de l'élément de liaison en fonction de la vitesse du véhicule ou In accordance with another embodiment of the invention, the opening of the connecting element is modulated as a function of the speed of the vehicle or
d'un paramètre représentatif de la vitesse du véhicule. a parameter representative of the vehicle speed.
De façon préférentielle, I'on module l'ouverture de l'élément de liaison Preferably, the opening of the connecting element is modulated
grâce à une vanne ou un boisseau ou un papillon. through a valve or a bushel or a butterfly.
Selon un aspect particulier de l'invention, le moyen de modulation de I'ouverture est commandé par un moteur électrique, ou un poumon According to a particular aspect of the invention, the means for modulating the opening is controlled by an electric motor, or a lung
pneumatique ou un régulateur mécanique. pneumatic or mechanical regulator.
L'alimentation en carburant peut être réalisée par un carburateur relié Fuel can be supplied by a connected carburetor
à l'orifice d'admission d'air dans le carter-pompe. to the air intake port in the pump housing.
Sans sortir du cadre de l'invention, I'alimentation en carburant est réalisée par au moins un moyen d'injection directe de carburant dans la chambre de combustion. D'autres aspects, particularités, détails et avantages de l'invention Without departing from the scope of the invention, the fuel supply is achieved by at least one means of direct injection of fuel into the combustion chamber. Other aspects, features, details and advantages of the invention
apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre will appear better on reading the description which follows, made as
illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'un moteur selon un mode de réalisation de l'invention; illustrative and in no way limitative with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 is a simplified longitudinal section of an engine according to an embodiment of the invention;
- La figure 2 illustre des courbes de la puissance en fonction du régime- - Figure 2 illustrates power curves as a function of the speed -
moteur, obtenues selon l'art antérieur et selon l'invention. motor, obtained according to the prior art and according to the invention.
La figure 1 représente schématiquement un moteur 2 temps selon un FIG. 1 schematically represents a 2-stroke engine according to a
mode de réalisation de l'invention. embodiment of the invention.
De façon connue, ce moteur comprend un cylindre 1, un élément d'allumage 2, un piston 3 mobile en translation dans le cylindre 1 et In known manner, this engine comprises a cylinder 1, an ignition element 2, a piston 3 movable in translation in the cylinder 1 and
délimitant avec le cylindre et une culasse 4 la chambre de combustion elle- delimiting with the cylinder and a cylinder head 4 the combustion chamber itself
même 5.even 5.
Dans le prolongement du piston 3 et de la chambre de combustion 5, du côté opposé à la chambre de combustion, se trouve un carter-pompe 6 In the extension of the piston 3 and the combustion chamber 5, on the side opposite to the combustion chamber, is a pump housing 6
qui est donc séparé de la chambre de combustion 5 par le piston 3. which is therefore separated from the combustion chamber 5 by the piston 3.
Au moins un conduit de transfert 7 relie le carter-pompe 6 à la chambre de combustion 5. Un orifice de transfert, côté chambre de At least one transfer duct 7 connects the pump housing 6 to the combustion chamber 5. A transfer orifice, on the combustion chamber side
combustion 5, est référencé 8 sur la figure 1. combustion 5, is referenced 8 in FIG. 1.
Un conduit d'échappement 9 débouche dans la chambre de An exhaust pipe 9 opens into the
combustion 5, pour l'échappement des gaz brûlés. combustion 5, for the exhaust of the burnt gases.
Par ailleurs, un orifice 10 d'admission de gaz dans le carter-pompe 6 est prévu, associé à un conduit 11. Un clapet 12 peut être disposé dans le conduit 11 juste en amont de l'orifice 10 afin de contrôler l'arrivée des gaz. Une bielle 13 permet la transformation du mouvement de translation Furthermore, an orifice 10 for admitting gas into the pump casing 6 is provided, associated with a conduit 11. A valve 12 can be placed in the conduit 11 just upstream of the orifice 10 in order to control the arrival gases. A connecting rod 13 allows the transformation of the translational movement
du piston en une rotation.of the piston in one rotation.
Conformément à l'invention, une chambre additionnelle 14 encore In accordance with the invention, an additional chamber 14 still
appelée résonateur dans la suite de ce texte est prévu, relié au carter- called resonator in the rest of this text is expected, connected to the housing-
pompe 6 par un élément de liaison 15 (ou conduit). Cette chambre 14 pump 6 by a connecting element 15 (or conduit). This room 14
présente un volume prédéterminé, fixe. has a predetermined, fixed volume.
La géométrie du résonateur 14 est choisie telle qu'elle modifie les effets acoustiques dans le carter-pompe 6 notamment pour les régimes The geometry of the resonator 14 is chosen such that it modifies the acoustic effects in the pump housing 6, in particular for the speeds
proches du régime nominal du moteur. close to the nominal engine speed.
Un moyen de modulation 16 de l'ouverture du conduit 15 est A means 16 for modulating the opening of the conduit 15 is
préférentiellement disposé dans le conduit 15, plutôt à proximité du carter- preferably placed in the duct 15, rather near the casing-
pompe 6.pump 6.
Le conduit 15 est mis en communication avec le carter-pompe 6 par The conduit 15 is placed in communication with the pump housing 6 by
exemple au-delà d'un certain régime du moteur. example beyond a certain engine speed.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ouverture de l'élément de liaison, c'est-à-dire la section de passage entre le carter-pompe 6 et le résonateur 14, est contrôlée pour obtenir le taux de modulation de puissance souhaité. Ainsi, vis-à-vis d'un moteur dépourvu d'un tel résonateur 14 ainsi relié au carter-pompe, il est possible de modifier l'évolution de la pression dans le According to one embodiment of the invention, the opening of the connecting element, that is to say the passage section between the pump housing 6 and the resonator 14, is controlled to obtain the modulation rate desired power. Thus, vis-à-vis a motor devoid of such a resonator 14 thus connected to the pump housing, it is possible to modify the evolution of the pressure in the
carter-pompe pendant le cycle.crankcase during the cycle.
Plus précisément, les différences réalisées sont les suivantes - la pression dans le carter 6 pendant la phase d'admission est plus élevée ce qui provoque une diminution du taux de livraison et donc de la puissance du moteur, - la pression dans le carter 6 au début de la phase de balayage est plus faible ce qui permet de réaspirer une quantité plus importante de gaz brûlés qui sont encore dans le cylindre 1. Ceci a pour effet de retarder le balayage avec les gaz frais et donc d'en limiter le court-circuit. Les émissions de polluants par court- circuitrage sont donc plus faibles, le rendement de livraison étant aussi favorisé par la baisse du taux de livraison. Ces effets sont plus ou moins importants selon la section de passage du conduit de liaison 15, ce qui permet le contrôle de l'efficacité du résonateur 14 et donc la modulation de puissance de pleine charge du moteur. Par ailleurs le moyen 16 peut consister en une vanne, en un boisseau ou un papillon relié à un organe de commande tel qu'un moteur électrique, More precisely, the differences made are as follows - the pressure in the casing 6 during the intake phase is higher which causes a reduction in the delivery rate and therefore in the engine power, - the pressure in the casing 6 at start of the sweeping phase is lower, which makes it possible to suck up a larger quantity of burnt gases which are still in cylinder 1. This has the effect of delaying the sweeping with the fresh gases and therefore of limiting the short- circuit. Pollutant emissions by short-circuiting are therefore lower, the delivery efficiency also being favored by the drop in the delivery rate. These effects are more or less significant depending on the passage section of the connecting duct 15, which allows the efficiency of the resonator 14 to be controlled and therefore the modulation of the engine's full load power. Furthermore, the means 16 may consist of a valve, a plug or a butterfly connected to a control member such as an electric motor,
ou bien relié à un poumon pneumatique ou encore un régulateur mécanique. or connected to a pneumatic lung or a mechanical regulator.
Les paramètres qui sont utilisés pour piloter le moyen 16 (c'est-à-dire l'ouverture du conduit 15) peuvent être représentatifs du régime-moteur: on utilisera alors par exemple la pression dans le carter-pompe 6, à I'échappement, en sortie de la soufflante de refroidissement...; la tension aux bornes de l'alternateur ou la fréquence d'allumage peuvent aussi être The parameters which are used to control the means 16 (that is to say the opening of the duct 15) can be representative of the engine speed: we will then use for example the pressure in the pump housing 6, at I ' exhaust, at the outlet of the cooling fan ...; alternator terminal voltage or ignition frequency can also be
choisis comme paramètres de pilotage du moyen 16. chosen as control parameters for the medium 16.
Sans sortir du cadre de l'invention, et dans le cas d'application sur véhicule routier, il est possible de piloter le moyen 16 à partir d'un paramètre tel que la vitesse de rotation de la roue, ou d'un des organes de transmission Without departing from the scope of the invention, and in the case of application on a road vehicle, it is possible to control the means 16 from a parameter such as the speed of rotation of the wheel, or of one of the members transmission
représentatif de la vitesse du véhicule. representative of the vehicle speed.
Autrement dit, le contrôle de l'obturation du conduit de liaison 15 peut être réalisé en fonction de tout paramètre ou combinaison de paramètres In other words, the control of the closure of the connection conduit 15 can be carried out as a function of any parameter or combination of parameters
appropriés, selon l'application choisie. appropriate, depending on the application chosen.
La figure 2 met en relief l'effet avantageux apporté par l'invention. Figure 2 highlights the advantageous effect provided by the invention.
Les courbes de la figure 2 représentent la puissance relative P/Pmax The curves in Figure 2 represent the relative power P / Pmax
du moteur en fonction de la vitesse relative N/Nmax. of the motor as a function of the relative speed N / Nmax.
Les courbes A, B et C en traits pleins concernent des résultats o Curves A, B and C in solid lines relate to results o
- pour la courbe A, le moyen d'obturation est fermé quel que soit le régime- - for curve A, the shutter means is closed whatever the speed -
moteur; - pour la courbe B, le moyen d'obturation est à demi-ouvert quel que soit le régime moteur; - pour la courbe C le moyen d'obturation est totalement ouvert sur toute la engine; - for curve B, the shutter means is half-open whatever the engine speed; - for curve C the shutter means is completely open over the entire
place de fonctionnement du moteur.engine operating place.
On observe que les courbes A et B ne permettent pas de faire chuter la puissance de façon significative ni surtout de façon importante au delà We observe that curves A and B do not allow the power to drop significantly nor above all significantly beyond
d'une certaine vitesse.of a certain speed.
Par ailleurs lorsque le moyen d'obturation est toujours ouvert (courbe Furthermore, when the closure means is still open (curve
C) la puissance obtenue reste faible quel que soit le régime. C) the power obtained remains low whatever the speed.
De façon différente et avantageuse, la présente invention, dont les résultats sont symbolisés par la courbe D en pointillés, permet une montée en puissance jusqu'à un certain régime N1 puis une chute significative de la In a different and advantageous manner, the present invention, the results of which are symbolized by the dashed curve D, allows a rise in power up to a certain speed N1 then a significant drop in the
puissance au-delà de ce régime.power beyond this scheme.
Comme il a déjà été dit, cette chute est obtenue lorsque le résonateur As already mentioned, this drop is obtained when the resonator
14 est mis en communication avec le carter-pompe 6. 14 is placed in communication with the pump housing 6.
En agissant sur le degré d'ouverture du moyen 16 de contrôle, on obtient une modulation du "taux de livraison" et donc de la puissance du moteur. Le moteur selon l'invention est donc contrôlé en puissance d'une By acting on the degree of opening of the control means 16, one obtains a modulation of the "delivery rate" and therefore of the engine power. The engine according to the invention is therefore controlled in power of a
façon à la fois nouvelle et inventive. a new and inventive way.
Par ailleurs les émissions de polluants restent simultanément à un niveau faible grâce au faible taux de gaz imbrûlés à l'échappement. Ceci est lié à la réduction du taux de livraison, réduction générée par la mise en Furthermore, pollutant emissions remain low at the same time thanks to the low rate of unburnt exhaust gases. This is linked to the reduction in the delivery rate, reduction generated by the implementation
communication modulée.modulated communication.
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