Brevet FR2143161A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne du type à compression de mélange, qui comportent des systèmes perfectionnés pour l'injection du carburant. Le type de moteur à combustion interne et à compression de mélange auquel se rapporte l'invention comprend une chambre de travail dont le volume effectif est périodiquement modifié par la coopération d'un organe mobile par rapport à une paroi de la chambre. La réduction du volume de la chambre de travail est utilisée pour comprimer un milieu qui, au moins pendant un certain stade de la compression, contient au moins une certaine quantité de carburant qui, lorsque la compression atteint une valeur proche de son niveau maximal, est amenée à inflammation de manière à subir une réaction exothermique. Après l'allumage, il appariait une augmentation du volume de la chambre de travail qui est provoquée par l'expansion des gaz chauds dans cette chambre et un travail mécanique est obtenu à partir de cette expansion.Les moteurs du type précité comprennent, en plus des moteurs à pistons à mouvement alternatif, des moteurs comportant un organe à déplacement circulaire et, plus précisément, parmi ces derniers, des moteurs du type dénommé Wankel. Lorsque des moteurs du type précité fonctionnent à l'aide d'un carburant liquide, il a été jusqu'ici habituel d'injecter ce carburant dans l'air ou le gaz aspiré par l'expansion de la chambre de travail avant que cet air ne pénètre réellement dans la chambre de travail ou bien, dans les moteurs du genre dénommé à compression et à allumage, le carburant est injecté dans la chambre de travail au moment où le volume de cette chambre est à sa valeur minimale ou proche de cette dernière. La première de ces possibilités présente, particulièrement lorsque le moteur est relativement froid, par exemple pendant la mise en route et peu de temps apres cette dernière, l'incon vénient qu'il existe un risque considérable pour que s'effectue une séparation du carburant liquide par rapport à l'air ou à un autre gaz. Ce carburant liquide peut donc subir une précipitation s'effectuant sur les parois des conduits raccordés à la chambre de combustion, introduisant ainsi une incertitude quant à la composition du mélange présent dans la chambre de travail au moment où l'allumage est souhaité et nécessitant d'introduire une quantité excessive de carburant dans le gaz pour donner la certitude que le mélange se trouvant dans la chambre de réaction au moment où l'allumage est désiré est suffisamment riche pour créer des conditions favorables à l'allumage.La seconde possibilité mentionnée ci-avant nécessite de réaliser une injection à très grande vitesse à l'encontre d'une pression très élevée régnant dans le cylindre, ce qui rend l'équipement d'injection extrêmement coûteux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'apporter une solution à ce problème en permettant la réalisation d'un moteur du type précité comportant un dispositif perfectionné destiné à l'injection de tout ou partie du carburant nécessaire et qui permette de réduire l'incertitude quant à la quantité de carburant disponible au moment de l'allumage par comparaison avec la première possibilité précitée sans avoir à satisfaire aux conditions rigoureuses d'injection imposées par la compression et l'allumage utilisés pour la seconde de ces possibilités précitées. Par conséquent, l'invention est matérialisée dans un moteur à combustion interne et à compression de mélange du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ajutage d'injection de carburant qui injecte du carburant dans une chambre de travail au niveau d'un point de la paroi de cette chambre de travail qui est isole par un organe à déplacement mobile dans la chambre de travail par rapport à la région de compression maximale avant l'allumage. Ce phénomène d'isolement permet au carburant d'être injecté dans le cylindre du moteur ou dans une autre chambre de travail pendant la course d'admission, tandis que la chambre de travail effectue une expansion et/ou pendant la plus grande partie de la course de compression lorsque le volume de la chambre de travail diminue. De plus, du fait que l'injection s'effectue directement dans le cylindre, la quantité de carburant présente au moment de l'allumage n'est pas affectée par le phénomène de précipitation sur les parois d'une tubulure ou d'un collecteur d'admission ou d'autres conduits d'admission. Si l'injection s'effectue pendant la course de compression, la présence d'un pourcentage maximal du carburant injecté au moment de l'allumage est alors assurée même lorsque le moteur est froid.Le système selon l'invention permet également de réaliser une injection directionnelle de manière à obtenir une concentration maximale de carburant à proximité du dispositif d'allumage. Egalement, la vitesse d'injection peut être commandée de telle façon que la concentration de carburant au moment de l'allumage est supérieure à proximité du dispositif d'allumage, donnant ainsi la certitude d'obtenir un allumage sûr pour des charges de moteur faibles avec une quantité totale de carburant qui est insuffisante pour fournir un mélange facilement inflammable d'un bout à l'autre de la chambre de travail au moment de l'allumage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de deux modes de réalisation d'un moteur du type précité comportant un système d'injection de carburant selon l'invention et donnés à titre d'exemple en se référant au dessin annexé dans lequel : La fig. 1 est une coupe axiale à travers la partie terminale d'un cylindre d'un moteur à pistons à mouvement alternatif équipé d'un système d'injection de carburant. La fig. 2 est une vue en coupe d'un moteur du type à déplacement rotatif équipé d'une façon similaire. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 1, celle-ci montre un moteur à combustion interne et à pistons à mouvement alternatif du type à allumage par étincelles et à quatre temps, comprenant un bloc-cylindres 1 comportant un certain nombre d'alésages de cylindres 2 dont l'un seulement est représenté sur la figure. Un piston 3 peut coulisser dans chaque cylindre, le piston étant accouplé par l'intermédiaire d'une bielle 5 à un vilebrequin de moteur non représenté. Les cylindres sont fermés par une culasse 6 comportant pour chaque cylindre un orifice d'admission formé au niveau de l'extrémité d'un conduit d'admission 7 commandé par une valve ou soupape d'admission 8, un orifice d'échappement 9 commandé par une valve ou soupape d'échappement 10 et une bougie d'allumage 11 montée dans un logement prévu entre les deux valves 8 et 10.Les éléments constitutifs décrits jusqu'ici peuvent être réalisés d'une ma nière classique quelconque. Des évidements 12 sont ménagés dans la paroi circonféren tielle du cylindre 2. Ces évidements 12 sont séparés par une distance suffisante de la culasse 6 de manière à être isolés par rapport au melange degaz comprimé se trouvant dans la chambre de travail lorsquele piston est au niveau de son point mort haut ou à proximité de ce dernier. Chacun des évidements 12 est équipé d'un ajutage d'injection de carburant 13 qui permet d'injecter le carburant dans l'alésage du cylindre 2 par l'intermédiaire ou sous la commande d'un dispositif d'injection et de synchronisation 14. Ce dispositif d'injection et de synchronisation 14 est commandé par le vilebrequin du moteur comme cela est représenté par la ligne en traits mixtes 15.Les ajutages d'injection 13 peuvent être d'un type classique dans lequel la pulvérisation est produite par la pression du carburant, ou bien ils peuvent être des dispositifs dans lesquels la pulvérisation est obtenue par des vibrations ou avec l'assistance de celles-ci. Dans ce dernier cas, les ajutages d'injection 13 sont généralement entraînés en vibration à l'aide de vibrations du genre dénommé "ultrasonores" ou selon une fréquence dénommée "ultrasonore". Ces vibrations doivent évidemment être suffisantes pour amener un jet de carburant liquide à se désintégrer en de petites particules se présentant sous la forme d'un brouillard. La plage des fréquences considérée peut en pratique s'avérer présenter une limite inférieure située à proximité de la limite supérieure de l'audition pour une oreille humaine. Cependant, pour des raisons de suppression de bruits, il est généralement préférable en pratique d'utiliser des fréquences suffisamment élevées pour donner la certitude qu'aucun son audible n'est produit. Le dispositif de synchronisation 14 peut être conçu de manière à injecter du carburant à travers tous les ajutages 13 d'une façon simultanée ou selon une relation de phase mutuelle désirée, et il ne s'avère pas toujours nécessaire de prévoir plus d'un seul ajutage d'injection 13 dans la paroi du cylindre. Il est également facile de se rendre compte que bien que tout le carburant nécessaire puisse être injecté si désiré par l'intermédiaire des ajutages d'injection 13, il est également possible d'utiliser ces ajutages d'injection uniquement pour injecter une partie du carburant, tandis que le reste de ce carburant peut être introduit par un carburateur classique dans le conduit d'admission 7. En outre, l'injection s'effectuant par l'intermédiaire des ajutages 13 peut être utilisée en plus d'une injection s'effectuant sous une pression élevée de manière à botenir la compression et l'allumage, auquel cas la quantité de carburant injectée par l'intermédiaire des ajutages 30 peut être maintenue à une valeur suffisamment faible pour éviter que le mélange obtenu par cette injection ne soit enflammé prématu rément par la progression de l'effet de compression.L'injection par l'intermédiaire des ajutages 13 peut donc être utilisée à des fins similaires à ce qui est dénommé habituellement la fumigation, c' est-à-dire la technique permettant d'ajouter d'une manière similaire de petites quantités de carburant à l'air se trouvant dans la tubulure ou le collecteur d'admission d'un moteur. Du fait que les ajutages 13 sont situés dans les évidements 12 et sont protégés par le piston 3 contre les pressions et les températures maximales produites dans le cylindre 2, ils peuvent être moins compliqués à réguler que les ajutages prévus jusqu'ici. Egalement, leur longévité peut être assurée d'une façon plus certaine que dans le cas d'un injecteur monté dans la culasse. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 2, celle-ci montre une application de l'invention à un moteur à déplacement rotatif qui est représenté comme un moteur du type rotatif à palettescoulissantes comportant un orifice d'admission pour l'air 18 et un orifice d'échappement pour les gaz 17. Un rotor 24, équipé d'un certain nombre de palettes coulissant radialement 25, est monté à rotation dans un carter 16 dont la section droite présente une forme ovale telle qu'il présente deux chambres de travail 20 en forme de croissant et situées entre la circonférence du rotor 24, la paroi du carter 26 et les palettes voisines 25.Lorsque le rotor 24 tourne autour de son axe selon la direction de la flèche A, le volume de chaque chambre 20 diminue au fur et à mesure que la chambre approche, du coté gauche de la figure, du rayon de moindre distance du rotor par rapport à la paroi du carter, et augmente ensuite au niveau de l'autre côté de ce rayon. Pendant une révolution complète du rotor 24, chaque chambre 20 présente un volume qui diminue pendant une course de compression, puis un volume qui augmente à nouveau pendant une course de travail, après quoi ce volume dirlinue à nouveau pendant une course d'expulsion pour augmenter finalement à nouveau pendant une course d'admission. Comme le montre la fig. 2, la chambre de gauche 20 contient un mélange d'air (initialement introduit par l'intermédiaire de l'orifice d'admission pour l'air 18) et du carburant injecté par l'intermédiaire d'un ajutage 26 qui est monté dans un évidement 28. Le mélange est enflammé d'une manière normale par l'intermédiaire d'une bougie d'allumage 30. Les modes de réalisation décrits en se référant au dessin annexé peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, bien que pour simplifier la représentation on ait décrit un moteur à déplacement du type à palette en se référant à la fig. 2 comme étant un exemple d'un moteur à dé- placement rotatif, l'invention est applicable à d'autres types de moteurs à déplacement rotatif, par exemple à ceux du type "Wankel". D'autres modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Moteur à combustion interne et à compression de mélange du type comprenant une chambre de travail dont le volume effectif est périodiquement modifié par la coopération d'un organe mobile par rapport à une paroi de la chambre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ajutage d'injection de carburant qui injecte du carburant dans la chambre de travail au niveau d'un point de la paroi de cette dernière qui est isolé par l'organe à déplacement mobile dans cette chambre par rapport à la région de compression maximale avant l'allumage. 2.- Moteur à combustion interne et à compression de mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'injection et de synchronisation destiné à commander le moment et la durée de l'injection du carburant provenant d'un ajutage d'injection de carburant. 3.- Moteur à combustion interne et à compression de mélange selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ajutage d'injection de carburant pulvérise le carburant à l'aide de la pression de ce carburant. 4.- Moteur à combustion interne et à compression de mélange suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ajutage d'injection de carburant est soumis à des vibrations pour pulvériser le carburant.