Brevet FR2259982A1 — publié le 19750829

La présente invention se rapporte à des systèmes d'alimentation et d'allumage pour moteurs à combustion interne adaptés à l'emploi de mélanges air-carburant pauvres. Dans l'étant actuel de la technique, on connaît un moteur à combustion interne appelé moteur à charge stratifiée. edit moteur à charge stratifiée constitue une amélioration du principe de combustion des moteurs habituels. En d'autres termes, la charge stratifiée permet de faire fonctionner régulièrement le moteur avec un mélange pauvre; ctest-å-dire contenant une quantité d'essence faible par rapport à la quantité d'air aspirée. La structure d'un moteur à charge stratifiée est la même que celle d'un moteur ordinaire, à l'exception de la présence d'une petite chambre de combustion auxiliaire où est logée la bougie d'allumage. Guette petite chambre contient une soupape d'admission auxiliaire pour chaque cylindre. La soupape d'admission habituelle introduit dans le moteur une grande quantité de mélange pauvre, tandis sue la soupape auxiliaire y introduit une faible quantité de mélange @@ès riche qui entoure la bougie d'allumage. A la fin de la phase de compression, le cylindre se trouve rempli de la manière suivante : un mélange riche dans la petite chambre entourant la bougie d'allumage proprement dite, et un mélange pauvre dans la chambre de combustion. La présente invention se rapporte à un nouveau dispositif d'alimentation et d'allumage destiné à des moteurs ayant les carac téristiques- principales suivantes a) l'alimentation du moteur présente deux phases, une première phase liquide (ou gazeuse-), qui se fait par l'intermédiaire d'un carburateur ordinaire pour mélange pauvre, et une seconde phase gazeuse, qui se fait par la bougie d'allumage convenable ment modifiée b) la culasse du moteur est dans l'ensemble inchangée, et c) le corps de la bougie comporte un ou plusieurs conduits permettant l'introduction d'une matière gazeuse (par exemple, du méthane ou un produit similaire, mélangé à de l'air le cas échéant). En d'autres termes, la bougie d'allumage joue le rôle d'une véritable tordue ou d'un brûleur intermittent, dont le front de flamme envahit la chambre de combustion où il atteint les points les plus critiques de celle-ci et où il provoque en outre des phénomènes de turbulence. On peut dire, en résumé, que la bougie d'allumage, modifiée selon la présente invention, constitue la chambre auxiliaire d'un moteur à charge stratifiée, qu'elle ne transforme pas la géométrie du moteur et quelle permet ainsi de réaliser des économies notables sur le coût des travaux et sur les matériaux utilisés. Un avantage supplémentaire du dispositif, objet de la présente invention, est que la surface de la flamme engendrée du fait de l'allumage de la matière gazeuse par la bougie d'allumage peut être réglée par le débit, la pression et la vitesse du produit gazeux introduit. Le dispositif d'allumage, objet de la présente invention, permet de réduire considérablement, par rapport aux dispositifs connus, la consommation de carburant, ainsi que les quantités d'oxydes d'azote, d'hydrocarbures et d'oxyde de carbone dégagées. La présente invention sera décrite en détail à l'aide du dessin ci-annexé qui n'est donné qu'à titre d'exemple. Les proportions des éléments desdites figures ont été modifiées dans un souci de clarté. Sur ce dessin - la figurè 1 représente, en coupe verticale, le schéma d'un cylindre et de la culasse d'un moteur à charge stratifiée relevant du domaine de la technique connue - la figure 2 représente une coupe verticale d 'une bougie d'alluma e normale présentant les modifications, objet de la p-résente invention - la figure 3 représente une coupe- verticale d 'un autre type de bougie d 'allumage comportant deux ou plusieurs électrodes mises à la terre cu du type à décharge semi-superficielle, qui présente une modification différente de celle de la figure 2, selon la présente invention. Sur la Silure 1, la référence 1 indique la soupape d'admission de mélange pauvre, la référence 2 la soupape d'admission de mélange riche, la référence 3 la soupape d'échap3ement, la référence 4 la chambre auxiliaire recevant le mélange riche par linter- médiaire de la soupape 2 et la référence 5 la bougie d'allumage disposée dans la chambre auxiliaire 4. Une fois allumé par la bougie d'allumage 5, le mélange riche prc7j4ue, à son tour, l'allumage du mélange pauvre dans la chambre de combustion 6. Sur la Figure 2, la référence 7 indique le corps d'une bougie d'allumage ordinaire, la référence 8 l'électrode centrale, la référence 9 l'électrode mise à la terre, la référence 10 la zone de la bougie qui constitue la chambre auxiliaire, la référence Il le conduit (convenablement isolé) d'arrivée de méthane QU d'hydro- carbures similaires, et la référence 12 un clapet de non-retour du conduit d'arrivée 11. Sur la Figure 3, la référence 7' indique le corps d'une bougie d'allumage, du type à deux ou plusieurs électrodes, ou du type à décharge superficielle, la référence 8' une électrode centrale conçue de manière à constituer un conduit 11 r (convenablement isolé) d'arrivée de méthane ou d'hydrocarbures similaires, la réfé rence 9'l'une d'au moins deux électrodes mises à la terre, et la référence 10' la zone de la bougie d'allumage qui constitue la chambre auxiliaire. Les dimensions de ladite chambre auxiliaire peuvent être différentes grâce au choix de bougies d'allumage appropriées. La zone de la bougie d'allumage qui est située à proximité des électrodes et qui constitue la chambre de combustion auxiliaire est délimitée par la paroi cylindrique métallique filetée de la bougie. On peut donc agir sur les dimensions de ladite zone en prolongeant le culot fileté de la bougie ou en diminuant la longueur du corps en céramique de cette bougie et de l'électrode centrale de la bougie. Le conduit d'arrivée de méthane ou d'autres hydrocarbures similaires peut, par exemple, se présenter sous la forme d'un élément annulaire spécial pour le gaz (représenté, à titre d'exem ple,- sur la Figure 2, par la référence 15} et comportant par exemple une cavité circulaire interne et un trou communiquant avec cette cavité pour I'ammission du gaz. L'allumage du mélange pauvre dans la chambre de combustion a lieu de la manière suivante. Le méthane, qui arrive d'un réservoir (non représenté), contenant, par exemple, un tel gaz, et qui a traversé des dispositifs de détente connus dans la technique actuelle, passe dans des conduits Il ou 8' ou 13, à une pression et une vitesse réglables. Il parvient dans la chambre 10 ou 10' où il est allumé par l'étincelle qui se produit entre les électrodes de la bougie d'allumage. La flamme ainsi allumée, dont la taille et la température sont très supérieures à-celles de l'étincelle proprement dite allure à son tour le molange pauvre contenu dans la chambre de combustion -ledit allumage se produisant plus complè't-'ent À rapidement grâce à la turbulence provoquée par la flamme du mélange riche. Quant à l'alimentation en méthane de la chambre auxiliaire, on peut prévoir des dispositifs mécaniques et/ou électriques qui peuvent être actionnés par l'arbre moteur ou de commande, par l'arbre du distributeur ou par les dispositifs électriques qui règlent ou commandent l'allumage (bobine d'allumage, batterie, etc Il y a lieu de souligner l'avantage considérable que constitue l'augmentation de la température de la flamme dans la zone voisine des électrodes, ce qui implique la suppression presque complète des dépits sur celles-ci. RBVEN DI C AT IONS 1/ Dispositif d'alimentation et d'allumage pour moteurs à combustion interne, permettant de faire fonctionner ces moteurs avec des mélanges air-carburant tres pauvres, caractérisé par le fait qu' il comprend une bougie d'allumage conçue de manière à permettre l'admission d'un mélange gazeux air-hydrocarbures riche et à constituer une zone de combustion pour celui-ci, à proximité des électrodes provoquant l'allumage. 2/ Dispositif selon la revendication 1 > caractérisé en ce que la bougie d'allumage comporte un ou plusieurs conduits ménagés dans son corps et convenant pour l'admission d'un mélange gazeux air-méthane, provenant d'un réservoir prévu à l'extérieur de la bougie d'allumage, dans une zone de combustion située à l'intérieur de celle-ci et adjacente à l'emplacement des électrodes. t Dispositif selon la revendication t, caractérisé en ce que la bougie comporte un conduit qui est pratiqué- dans son électrode centrale et qui est destiné à l'admission d'un mélange gazeux air-méthane, provenant d'un réservoir disposé à l'extérieur de la bougie d1 allumage, dans une zone de combustion située à l'intérieur de ladite bougie et adjacente à l'emplacement des électrodes. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bougie comporte un ou plusieurs conduits ménagés dans son corps et alimentés par un conduit annulaire spécial pour le gaz comportant une cavité circulaire interne et un trou communiquant avec cette cavité pour l'admission d'unmélange gazeux air-méthane, provenant d'un réservoir-disposé à ltextérieur de la bougie- d'allu- mage, dans une zone de combustion située à l'interieur de celle-ci et adjacente à ltemplacement des electrodes. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de la bougie d'allumage qui est située à proximité des électrodes et qui constitue la chambre de combustion auxiliaire est délimitée par la paroi cylindrique que l'on obtient en prolongeant la tige filetée de la bougie d'allumage. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on peut obtenir ladite paroi cylindrique filetée par retrait ou diminution de la longueur du corps en céramique et de l'élec- trode centrale de la bougie d'allumage. 7/ Dispositif d'alimentation et d'allumage pour moteurs à combustion interne, permettant de faire fonctionner ces moteurs = avec des mélanges air-carburant très pauvres, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de la pression du mélange gazeux air-méthane s t écoulant, à travers les conduits d'admission ménagés dans la bougie d'allumage, vers la zone située à proximité des électrodes de la bougie d'allumage. 8/ Dispositif d'alimentation et d'allumage pour moteurs à combustion interne, permettant de faire fonctionner ces moteurs avec des mélanges air-carburant très pauvres, selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mécaniues, électriques et/ou pneumatiques appropriés pour synchroniser les opérations d'admission du mélange gazeux air-méthane dans la zone située à proximité des électrodes et de la production d'-étincelles de la bougie d'allumage.. 9/ Dispositif d'alimentation et d'allumage pour moteurs à combustion interne, permettant de faire fonctionner ces moteurs avec des mélanges air-carburant très 'pauvres, selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de synchronisation sontactionnés, soit par l'arbre moteur ou arbre de commande, soit par l'arbre du distributeur, soit par-la bobine d'allumage;