Brevet FR2354447A1 — publié le 19780106

La présente invention, due à la collaboration de iSgIc Henni ARNAUD et Bernard LASNEL, se rapporte à un dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stratifiée, te de moteur autorisant un fonctionnement avec un fort excès d'air par rapport au mélange air-carburant stoechiométrique. Il est connu que le fonctionnement des moteurs à combustion interne, avec un fort excès d'air, permet de réduire, d'une part, la consommation spécifique, d'autre part, la pollution atmosphérique due aux gaz d'échappement, en limitant simultanément l'émission des trois polluants considérés comme les plus importants, à savoir : oxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés et les oxydes d'azote. En effet, la présence d'un excès d'air dans la chambre de combustion non seulement une influence évidente sur la consommation, mais permet d'obtenir également une oxydation plus complète de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures, ceci d'une manière beaucoup plus efficace que la posteolabustion- a l'échappement, et une diminution très notable de la formation des oxydes d'azote par abaissement de la température de combustion. La difficulté consiste à réaliser la combustion réguliere d'un mélange très pauvre. On peut y parvenir en amorçant la combustion dans une partie de la charge admise dans le cylindre dont le niveau de richesse soit suffisant pour être inflammable dans les conditions habituelles, avec une bougie d'allumage par exemple, cette première partie de la charge servant ainsi de relais d'allumage par lequel la combustion se propage ensuite sans difficulté au reste de la charge. Pour obtenir ce résultat, les réalisations eonnues font généralement appel à l'utilisation de deux soupapes d'admission par cylindre, une pour l'admission dun mélange pauvre, la seconde pour l'admission d'un mélange riche en fin de période d'admission, et commandées par des cames d'admission dis tintés possédant une loi de mouvement différente, ce qui complique le système de distribution du moteur et nécessite une refonte importante de sa structure supérieure,accroissant ainsi notablement son prix de revient. On connaît également d'autres réalisations dans lesquelles l'admission de mélange pauvre est effectuée à l'aide d'un système de carburation classique, mais dont le réglage est appauvri et l'enrichissement local de la charge, dans la chambre de combustion, par l'injection directe ou- indirecte d'une faible quantité de carburant en fin de période d'admission.Cette méthode permet de n'utiliser qu'une soupape d'admission par cylindre, mais nécessite l'eiaploi d'un injecteur de carburant, organe de precision nécessitant un réglage parfait, donc de réalisation conteuse et de maintenance délicate et il s'avère, de stfr- croit, que l'on n'a guère réussi, jusqutà présent, à régler efficacement une stratification de charge par cette méthode d'injection lccaled@ cerburant. Le dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stratifiée, objet de la présente intention, destiné à procurer une parfaite stratification de la charge dans le cylindre à laide l'éléments de @éalisa- tion et d'assemblage aisés, n'entraînant que des modifications mineures par rapport aux systèmes d'admission et de distribution classiques, est du type comportant deux conduits d'admission de mélange, dont l'un est relativement plus pauvre que l'autre, dans la chambre de combustion. Il se distingae essentiellement par le fait que les deux conduits d'admission débouchent l'un au-dessus de l'autre, dans la chambre de combus tion, par une unique soupape d'admission commandée par une came d'admission dont le profil lui imprime une levée en deux temps, ladite soupape d'admission comportant, au niveau de sa tige, un moyen d'obturation du conduit d'admission supérieur, d'ouverture décalée par rapport à celle de se tete en fonction du profil à double levée de ladite came d'admission. Cecl offre l'avantage de permettre différentes poasibilités d'adapta- tion selon la conception générale et ice caractéristiques de base du moteur, afin d'en obtenir les meilleures performances pour une consommation minimale et une dépollution optimale. Ainsi, selon une première variante de disposition-, l'admission du mélange, relativement le plus riche, s'effectue par le conduit inférieur et l'admission du mélange, relativement le plus pauvre, Jar le conduit supérieur, pour lequel le profil de la case d'admission détermine une avance à la ferme- ture, de sorte que, seul, le mélange le plus riche est admis en fin de période d'admission et demeure ainsi dans la zone d'action de la bougie d'allumage. Selon une seconde variante de disposition, l'aumission i mélange, relativement le plus pauvre, s'effectue par le conduit inférieur et l'admis- sion du mélange, relativement le plus riche, par le conduit supérieur, pour lequel le profil de la came d'admission détermine un retard à l'ouverture, de sorte que le mélange le plus riche est seulement admis en fin de période d'ad mission et demeure ainsi dans la zone d'action de la bougie d'allumage. Ces variantes de aisposîtion peuvent encore etre combinées avec diffé rents modes d'alimentation des conduits d'admission, selon l'invention. Dans l'un de ceux-ci, les deux conduits d'admission sont alimentes par un dispositif de carburation double dont une partie alimente l'un des conduits en mélange carburé à richesse normale et l'autre partie alimente le second conduit en mélange car- buré très panvre.Dans un autre mode d'alimentation. l'un des conduits d'ad mission est alimenté par un dispositif de carburation simple fournissant un mélange carburé à richesse élevée et le second conduit d'admission est uniquement ali monté par une veine d'air ne comportant qu'un organe de réglage de débit couplé carburation avec celui du dispositif deXalimentant le premier conduit d'admission. De même, suivant le type de culasse utilisé, la soupape d'admission comportant le moyen d'obturation du conduit d'admission supérieur, selon l'invention, débouche soit dans une chambre de combustion de forme hémisphérique de type connu, soit dans une préchambre latérale à la chambre de combustion et comportant la bougie d'allumage. Dans un mode de réalisation particulier du moyen d'obturation du conduit d'admission supérieur, celui-ci consiste en un épaulement cylindrique pratiqué sur la tige de soupape d'admission sensiblement au-dessus du niveau de son raccordement avec la tête de cette soupape et prolongé, côté tige de soupape, par un ensemble de nervures de guidage autorisant, entre elles, la communication entre le conduit d'admission supérieur et la chambre de combustion en position de pleine ouverture de ladite soupape. Dans une variante de réalisation de ce moyen d'obturation du conduit d'admission supérieur, celui-ci consiste en un boisseau coulissant cylindrique, formé d'une jupe concentrique à la tige de la soupape d'admission sur laquelle elle est emmanchée et solidarisée par sa base, en appui contre un épaulement cylindrique pratiqué sensiblement au-dessus du niveau du raccordement entre cette tige et la tête de la soupape, ladite jupe, ouverte à sa partie supérieure, comportant au moins un orifice latéral disposé de manière à n'assurer la communication entre le conduit d'admission supérieur et la chambre de combustion qu'en position de pleine ouverture de la soupape d'admission. La compréhension de la présente invention sera facilitée par la description suivante d'exemples non limitatifs de réalisation d'un tel dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stratifiée, en réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une partie supérieure de moteur à combustion interne à charge stratifiée équipé du dispositif, selon l'invention, associé à une chambre de combustion hémisphérique, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une partie supérieure de moteur à combustion interne à charge stratifiée équipé du dispositif, selon l'invention, associé à une chambre de combustion comportant une préchambre latérale, - la figure 3 représente une section de la chambre de combustion et de la préchambre du moteur de la figure 2, selon III-III de cette figure, - la figure 4 représente un mode de réalisation du moyen d'obturation du con duit d'admission supérieur, selon l'invention, - la figure 5 représente une variante de réalisation du moyen d'obturation du conduit d'admission supérieur, selon l'invention. Le moteur, partiellement représenté sur la figure 1, comporte une culasse 1 munie d'une chambre de combustion 2 sensiblement hémisphérique dans laquelle sont normalement disposées une soupape d'admission 3, une soupape d'échappement 4, coulissant chacune dans leur guide 5 et 6 respectif et une bougie d'allumage 7. La commande d'ouverture de la soupape d'admission 3 s'effectue de manière classique par une came d'admission 8, solidaire drun arbre à cames, avec interposition d'un culbuteur 9. Il en est de même pour son rappel en fermeture par ressort de rappel 10 et coupelle d'appui 11. La chambre de combustion 2 est alimentée par deux conduits dfadmission 12 et 13 de mélange dont l'un est relativement plus pauvre que l'autre. Conformément à la présente invention, les deux conduits d'admission 12 et 13 sont superposés dans la culasse 1 et débouchent, l'un au-dessus de l'autre, dans la chambre de combustion 2, par l'intermédiaire de l'unique soupape d'admission 3. A cet effet, ladite soupape d'admission 3 comporte, à la base de sa tige 14, un épaulement 15 formant moyen d'obturation de l'orifice 16 de communication entre le conduit d'admission supérieur 12 et la chambre de combustion 2, par l'intermédiaire de l'extrémité du conduit d'admission inférieur 13 et du siège de la tête 17 de ladite soupape d'admission 3.La came d'admission 8 possède un profil particulier déterminé de manière à provoquer une levée en deux temps de la soupape d'admission 3 afin que l'ouverture de l'épaulement d'obturation 15 de l'orifice de communication 16 du conduit d'admission supérieur 12 soit décaléepar rapport à celle de la tête 17 de ladite soupape 3. Selon une première variante de disposition des conduits d'admission 12 et 13, l'admission du mélange, relativement le plus riche, s'effectue par le conduit inférieur 13 et l'admission du mélange, relativement le plus pauvre, par le conduit supérieur 12 pour lequel le profil de la came d'admission 8 détermine une avance à la fermeture de l'épaulement d'obturation 15, par rapport à la tête 17 de la soupape d'admission 3. Dans ce cas, le fonction; nement du dispositif est le suivant : durant la première partie de la phase d'admission, la soupape d'admission 3 est amenée à pleine ouverture,par le profil de la came d'admission 8, permettant ainsi d'alimenter la chambre de combustion 2 par les deux conduits d'admission 12 et 13. Le mélange résultant, admis dans le cylindre, est pauvre. En fin de phase d'admission, le profil de la came d'admission 8 détermine une diminution de levée de la soupape d'admission 3 de manière à interrompre l'alimentation, par le conduit d'admission supérieur 12, de la chambre de combustion 2, qui n'est plus alimentée que par le conduit inférieur 13. La charge admise dans le cylindre, durant cette période, est caractérisée par un niveau de richesse normal ou légèrement élevé pour tenir compte du phénomène de dilution partielle, dans la chambre de combustion 2. Il faut noter que le niveau de richesse du mélange, relativement le plus riche, doit être également déterminé en fonction de la qualité de l'étanchéité du moyen d'obturation 15 du conduit supérieur 12, laquelle n'a pas besoin d'être assurée avec une précision rigoureuse. Pendant la phase de compression, la charge à richesse normale, admise en fin d'admission dans la chambre de combustion 2, sera comprimée dans la zone où se trouve située la bougie d'allumage 7, à proximité de la soupape d'admission 3. L'allumage pourra ainsi s'effectuer dans des conditions nor males bien que la charge combustible soit globalement pauvre. Selon une seconde variante de disposition des conduits d'admission 12 et 13, l'admission du mélange, relativement le plus pauvre, effectue par le conduit inférieur 13 et l'admission du mélange, relativement le plus riche, par le conduit supérieur 12 pour lequel 2e profil de la came d'admission 8 détermine un retard à l'ouverture de l'épa@@ement d'obturation 15 par rapport à la tête 17 de la soupape d'admission 3. Dans ce cas, le fonctionnement devient le suivant : durant la première partie de la phase d'admission, la soupape d'admission 3 est amenée en ouverture partielle par le profil de la came d'admission 8 de sorte que la chambre de combustion 2 n'est alimentée que par le conduit inférieur 13 La charge admise dans le cylindre est donc pauvre. En fin de phase d'admission, la soupape d'admission 3 est amenée à pleine ouverture par le profil de la came i'admission 8 8 permettant ainsi d'ali- menter la chambre de combustion 2 simultanément par les deux conduits d'admis sion 12 et 13. La charge admise alors dans le cylindre est caractérisée par un niveau de richesse normal ou, de préférence, légèrement élevé pour tenir compte du phénomène de dilution partielle dans la chambre de combustion 2. La phase de compression est ensuite identique h celle de la première variante de disposition des conduits d'admission 12 et 13. Le dispositif, selon l'invention, peut encore être combiné avec différents modes d'alimentation des conduits d'admission 12 et 13. Ainsi, selon un premier mode de réa7isation, tel que représenté sur la figure 1, l'alimentation des conduits d'admission 12 et 13 s'effectue h l'aide d'un carburateur double corps dont le dispositif de carburation principal 18 alimente l'un des conduits en mélange carburé à richesse normale et le dispositif de carburation secondaire 19 alimente le second conduit d'admission en mélange carburé très pauvre, ces deux dispositifs de carburation étant chacun associés à un organe de réglage de débit 20 et 21 couplés ensemble. Selon un second mode de réalisation, l'alimentation des conduits dtad mission 12 et 13 s'effectue à l'aide d'un carburateur simple corps dont le dispositif de carburation 18 alimente l'un des conduits en mélange carburé à richesse élevée, ic second conduit d'admission étant alimenté p & l;;Pe simple veine d'air ne comportant qu'un organe de gage de débit 21 couplé avec l'organe de réglage de débit 20 du carburateur La figure 2 représente une variante de réalisation du dispositif, selon l'invention, dans laquelle la soupape d'admission 3 comportant le moyen d'obturation 15 du conduit d'admission supérieur ? débouche dans une precham bre latérale 22 dans laquelle est située la bougie d'allumage 7, à proximité de ladite soupape d'admission 3 et communiquant avec la chambre de combustion principale 23 par un étranglement 24 visible sur la figure 3.Cette combinaison permet d'améliorer l'efficacité du dispositif en préservant l'hétérogé- néité du mélange, paramètre fondamental conditionnant la limite de pauvreté admissible. Les phases de fonctionnement et les possibilités d'adaptation sont identiques à celles de l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, de même que les differents constituants, autres que la chambre de combustion, qui sont, de ce fait, dotés des mêmes repères. Le mode de réalisation du moyen d'obturation 15 du conduit supérieur d'admission 12, illustré par la figure 4, consiste en un épaulement cylindrique 25 pratiqué sur la tige 14 de la soupape d'aiminsion 3 sensiblement audessus du niveau de son raccordement avec la tAte 17 de cette soupape et prolongé, coté tige 14 de soupape, par un ensemble de nervures 26 destinées à parfaire le guidage de ladite soupape 3 dans l'orifice de communication 16 du conduit d'admission supérieur 12, tout en autorisant le passage du mélange corres- pondant dudit conduit d'admission supérieur 12 vers la chambre de combustion 2 ou la préchambre 22 en position de pleine ouverture de ladite soupape d'admission 3.Cet ensemble, épaulement cylindrique 25 et nervures 26, ccnstituant sensiblement une adaptation au cas particulier du présent dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stratifiée, d'une solution décrite dans le brevet français n 2 271 391 aux noms communs de la demanderesse et de la Société des automobiles PEUGEOT et relatif à un perfectionnement aux dispositifs d'injection de fluide d'un moteur à combustion interne, présente également l'avantage de renforcer la soupape d'admission 3, au niveau du raccordement entre sa tige 14 et sa tete 17.Cet épaulement 25 et les nervures contiguës 26 peuvent, en outre, être directement réalisés sur la soupape 3, lors de son élaboration, par tout procédé de formage classique approprié, sans nécessiter d'usinage supplémentaire, ou constitués par une bague rapportée sur la tige 14 de cette soupape et judicieusement réalisée en un métal ou alliage différent de celui de la soupape afin de favoriser les échanges thermiques. La variante de réalisation du moyen d'obturation 15 du conduit d'admission supérieur 12, représentée par la figure 5, consiste en un. boisseau cylin drique 27 emmanché sur la tige 14 de la soupape d'admission 3 à laquelle il est concentrique et coulissant dans l'orifice de communication 15 dudit conduit d'admission supérieur 12 avec la chambre de combustion 2 ou la préchambre 22, parfaisant ainsi le guidage de la soupape d'admission 3 lors de son débattement.Ce boisseau cylindrique 27 est formé d'une jupe 28 solidarisée par sa base 29 à la tige 14 de la soupape 3 au moyen d'un anneau d'arrêt 30 clipsé dans une gorge 31 pratiquée sur ladite tige 14 de soupape et maintenant le boisseau 27 en appui contre un épaulement cylindrique 32 également pratiqué sur la tige 14 de soupape sensiblement au-dessus du niveau du raccordement de cette tige 14 avec la tête 17 de la soupape.La jupe 28 est ouverte à sa partie supérieure 33 et comporte une série d'orifices latérale 34 disposés de manière à n'assurer la communication entre le conduit d'admission supérieur 12 et la chambre de combustion 2 ou la préchambre 22 qu'en position de pleine ouverture de la soupape d'admission 7. Dans cette variante de réalisation, dont le boisseau cylindrique 27 peut être facilement réalisé par les techniques conventionnelles de formage, la soupape d'admission 3 se trouve également renforcée, au niveau du raccordement entre saigne 14 et sa tête 17, par la pré- sence de l'épaulement cylindrique 32 et de la gorge circulaire 3t formant zone de rupture d'accumulation de contraintes. Il est également à remarquer que les modes de réalisation du moyen d'obturation 15 du conduit d'admission supérieur 12, décrits ci-dessus, peuvent aisément être combinés avec une mise en rotation de la soupape d'admission 3 afin d'éviter une usure localisée de la portée de cette dernière sur son siège et des surfaces frottantes de l'ensemble. Le dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stratifiée, objet de la présente invention, destiné à procurer une parfaite stratification de la charge dans le cylindre, n'utilise donc que des éléments de réalisation et d'assemblage aisés, n'entraînant que des modifications mineures par rapport aux systèmes d'admission et'de distribution classiques. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée du type comportant deux conduits d'admission de mélange, dont l'un est relativement plus pauvre que l'autre, dans la chambre de combustion, caractérisé par le fait que les deux conduits d'admission (12, 13) dé bouchent l'un au-dessus de l'autre dans la chambre de combustion (2) par une unique soupape d'admission (3), commandée par une came d'admission (8), dont le profil lui imprime une levée en deux temps, ladite soupape d'ad mission (3) comportant, au niveau de sa tige (14), un moyen d'obturation (15) du conduit d'admission supérieur (12) d'ouverture décalée par rap port à celle de sa tête (17), -en fonction du profil à double levée de ladite came d'admission (8). 2 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'admission du mélange, relativement le plus riche, effectue par le conduit infé rieur (13) et l'admission du mélange, relativement le plus pauvre, par le conduit supérieur (12) pour lequel le profil de la came d'admission (8) détermine une avance à la fermeture de sorte que, seul, le mélange le plus riche est admis en fin de période d'admission et demeure ainsi dans la zone d'action de la bougie d'allumage (7). 3 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'admission du mélange, relativement le plus pauvre, s'effectue par le conduit infé rieur (13) et l'admission-du mélange, relativement le plus riche, par le conduit supérieur (12) pour lequel le profil de la came d'admission (8) détermine un retard à l'ouverture, de sorte que le mélange le plus riche est seulement admis en fin de période d'admission et demeure ainsi dans la zone d'action de la bougie d'allumage (7). 4 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon l'unequelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux conduits d'admission (12, 13) sont alimentés par un dispositif de carburation double dont une partie alimente l'un des conduits en mélange carburé à richesse normale et l'autre partie alimente le second conduit en mélange carburé très pauvre. 5 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'un des conduits (12, 13) d'admission est alimenté par un diszYitif de carberatios simple fournissant un mélange carburé à richesse élevée et le second conduit d1admission est uniquement alimenté par une veine dpair ne comportant qu'un organe de réglage de débit (21) couplé avec celui (20) du dispositif de carburation alimentant le premier conduit d'admission. 6 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la soupape dsadmission (3) comportant le moyen d'obtura- tion (15) du conduit d'admission supérieur (12) débouche dans une chambre de combustion (2) de forme hémisphérique, de type connu 7 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ls soupape d'admission (3) comportant le moyen drobturation (15) du conduit d'admission supérieur (12) débouche dans une préchambre (22) latérale à la chambre de combustion (23) et comportant la bougie d'allumage (7). 8 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que le moyen d'obturation (t5) du conduit d'admission supé- rieur (12) consiste en un épaulement cylindrique (25) pratiqué sur la tige (14) de soupape d'admission (3) sensiblement au-dessus da niveau de son raccordement avec la tête (t7) de cette soupape et prolonge', côte tige (14) de soupape, par un ensemble de nervures (26) de guidage autorisant, entre elles, la communication entre le conduit d'admission supérieur-(i2) et la chambre de combustion (2, 22) en position de pleine ouverture de ladite soupape (3). 9 - Dispositif d'alimentation pour moteur à combustion interne à charge stra tifiée, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le moyen d'obturation (15) du conduit d'admission supérieur (12) consiste en un boisseau coulissant cylindrique (27) formé d'une jupe (28) concentrique à la tige (14) de la soupape d'admission (3) sur laquelle elle est emmanchée et solidarisée par sa base (29Y, en appui contre un épau lement cylindrique (32) pratiqué sensiblement au-dessus du niveau du rac cordement entre cette tige (14) et la tete (17) de la soupape, ladite jupe (28), ouverte à sa partie supérieure (33), comportant au moins un orifice latéral (34) disposé de manière à n'assurer la communication entre le con duit d'admission supérieur (12) et la chambre de combustion (2, 22) qu'en position de pleine ouverture de la soupape d'admission (3).