Brevet FR2395398A1 — publié le 19790119

L'invention est relative à des perfectionnements à un moteur à combustion du type diesel à préchambre d'injection et d'allumage par auto inflammation communiquant par un canal de section réduite avec la cham- bre de travail et de combustion proprement dite du moteur. Ce genre de moteur diesel a été développé en particulierpour les petites puissances telles que celles nécessaires par exemple pour entraîner des véhicules automobiles. Le fait de prévoir une préchambre d'injection pour le carburant permet d'obtenir dans cette préchambre un échauffement préalable important du carburant (gas-oil) ce qui favorise son allumage et permet de réduire légèrement le taux de compression. Cependant un problème important et délicat propre à tous les moteurs diesel subsiste- , à savoir celui de la réalisation de l'injecteur qui doit permettre l'injection sous très haute pression de quantité très faible contrôlée de carburant au moment précis voulu dans la préchambre. Outre les difficultés de réalisation au niveau de l'injecteur il existe également des difficultés de construction au niveau de la pompe dtinJection haute pression. L'invention a pour objet un nouveau système d'injection ne faisant pas appel à un injecteur classique et évitant d'avoir à utiliser une pompe d'alimentation haute pression. A cet effet, conformément à l'invention, un moteur à combustion interne du type diesel à préchambre d'injection et d'allumage communiquant par un canal de section réduite avec la chambre de travail et de combustion proprement dite du moteur et comportant une soupape interposée entre ladite chambre et ladite préchambre assurant leur communication pendant certaines périodes de fonctionnement du cycle et l'interrompant le reste du temps, est caractérisé en ce quril est prévu une chambre ou capacité d'injection du carburant se déplaçant selon les déplacements de ladite soupape, ladite capacité recevant le carburant sous faible pression à partir d'un circuit d'alimentation et projetant du carburant dans ledit canal et ladite préchambre par effet balistique d'accélération imprimée à ladite capacité et au carburant qui y est contenu, la projection de carburant se faisant au moment voulu à travers un passage d'injeçtion communiquant avec ladite capacité et découvert à ce moment pour déboucher vers ledit canal et ladite préchambre. Avantageusement ladite capacité est formée dans ladite soupape. De cette façon il suffit d'alimenter ladite capacité en carburant A faible pression, par exemple lorsque la soupape de transfert est au repos en position de fermeture sur son siège, l'injection se faisant automatiquement par projection balistique- du carburant dans le canal de transfert et la préchambre d'allumage au moment où la soupape est actionnée à l'ouverture. Ceci évite donc la prévision de l'inJecteur et de la pompe haute pression classique utilisée pour l'alimentation d'un diesel. L'invention apparattra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant un mode de mise en oeuvre. Dans ces dessins: - la figure 1 est une vue en coupe faite selon l'axe d'un cylindre d'un moteur montrant le haut du cylindre et la culasse qui le coiffe, cette vue étant faite en position de fermeture de la soupape de transfert un peu avant que le piston n'atteigne le point mort haut. - la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1 mais faite quelque a instants plus tard lorsque la soupape de transfert s'est ouverte et que le piston a dépassé le point mort haut et redescend dans le cylindre. - la figure 3 est une courbe montrant, portée en ordonnées, la pression du carburant dans la soupape en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin porté en abscisses. - la figure 4 est une courbe montrant, portée en ordonnéenla levée de la soupape en fonction de l'angle de rotation de vilebrequin porté en abscisses. - la figure 5 montre en coupe à plus grande échelle que dans les figures 1 et 2 la configuration de la tdte de la soupape de transfert permettant l'ln > ction balistique du carburant dans la préchambre. On se reportera tout d'abord aux figures 1 et 2. Selon le mode de réalisation-illustré on aperçoit le bloc moteur 1 avec le piston 2 qui se déplace dans un cylindre 3 ménageant entre sa face supérieure 2a la paroi du cylindre 3 et la face inférieure 4a de la culasse 4 du moteur, la chambre principale de travail 5 du moteur. La chambre principale 5 communique par l'intermédiaire dtun canal de transfert 6 de section réduite avec une préchambre 7 d'injection et d'allumage dont le volume est faible par rapport à celui de la chambre 5. Dans l'exemple illustré la préchambre 7 est formée de deux pièces 8, 9 rapportées sur la culasse 4. Une bougie d'allumage 10 de type classique sur moteur diesel est prévue dans la préchambre 7 permettant le démarrage à froid du moteur. Par contre il n'y a pas d'injecteur classique de carburant débouchant dans la préchambre 7. De façon connue en soi une soupape Il est interposée entre la chambre principale 5 et la préchambre 7. Lorsque soupape Il est appliquée sur son siège 12 elle coupe la communication entre la chambre 5 et la préchambre 7. Au contraire lorsqu'elle est dégagée de son siège elle établit la communication entre la chambre 5 et la préchambre 7. La soupape Il est commandée par un culbuteur 13 actionné par une came 14 d'un arbre à cames tournant autour de son axe 15. Dans exemple illustré le a8me arbre à cames commande le culbuteur 16 d'actionnement d'une soupape 17 du moteur. Tout ce qui vient entre décrit est connu dans la technique. Conformément à l'invention, et selon le mode de réalisation illustré la soupape Il est creuse et forme à son extrémité de tete une chambre ou capacité 18. Dans la paroi 18a de la capacité 18 est formé au moins un orifice 19. D'autre part la soupape Il est montée coulissante dans un guide de soupape 20 fixe, lui-meme monté dans la culasse 4 dans un orifice 21. Entre la paroi de cet orifice 21 et le guide de soupape 20 est formée une chambre annulaire 22. La chambre annulaire 22 comporte au moins un orifice 23. Les deux orifices 19 et 23 viennent en regard l'un de l'autre lorsque la soupape est formée comme illustrée à la figure 1. D'autre part la chambre annulaire 22 reçoit par une canalisation 24 du carburant sous faible pression par exemple par l'intermédiaire d'une - pompe électriqueoudie pa peàmPmbra- ne (non représentée). le débit d'alimentation de la canalisation 24 est contrôlé par tout moyen approprié schématisé en 25 par exemple par la commande d'accélérateur 26. Ces moyens peuvent Btre par exemple du type à pointeau commandé mJcanique- ment par une tringlerie liée à la commande d'accélération. On décrira maintenant le fonctionnement du moteur. En stposant que l'on soit au début d'un cycle, l'air frais de combustion est aspiré dans la chambre 5, la soupape d'admission d'air frais, par exemple la soupape 7 étant ouverte, puis la soupape d'admission d'air frais se ferme et le piston 2 remontant comprime l'air de combustion dans la chambre 5 dont le volume diminue. Pendant ce temps la soupape de transfert Il reste fermée. Quelques 300 avant le point mort haut, soit sensiblement dans la position illustrée à la figure 1 la soupape Il est commandée à l'ouverture par le culbuteur 13. La courbe de levée de la soupape en fonction de la position du vilebrequin et du piston 2 dans son cylindre 3 apparat plus clairement à la figure 4 dans laquelle le point mort haut a été repéré PMH et le point mort bas PNB. Dans l'exemple envisagé le mouvement progressif d'ouverture et de fermeture de la soupape intéresse un angle de rotation de 2200 du vilebrequin. L'air frais en cours de compression dans la chambre 5 s'engouffre par le canal 6 dans la préchambre 7. La soupape Il se soulevant passe d'une position de repos a un mouvement d'accélération. I1 en résulte selon les lois de la balistique une augmentation de pression très forte dans la capacité 18; La variation de la pression dans la capacité dépend directement de la loi régissant la levée de la soupape, dépendant en particulier du profil de la came 14. La courbe de la figure 3 illustre dans l'exemple envisagé la variation de la pression du carburant dans la capacité 18 en fonction de la position angulaire en rotation du vilebrequin. Lorsque la soupape Il se soulève et comme il apparait plus clairement à la figure 2 les orifices 19 et 23 ne sont plus en communication. La capacité 18 est isolée de la chambre 22. Par contre unpassage d'inJection 27 ménagé sur la tête de la soupape Il et qui est alors dégagé du siège 12 de la soupape met en communication la-capacité 18 avec le canal de transfert 6. Une injection de carburant se produit alors de la capacité vers la préchambre 7. Cette injection se fait par exemple lorsque la pression dans la capacité 18 a atteint le point 30 de la courbe de pression de la figure 3 et se poursuit par exemple jusqutau point 31 de cette courbe.A ce moment le piston est au voisinage du point mort haut et la pression s'élève considérablement dans la préchambre 7, la combustion démarrant. Simultanément la pression diminue dans la capacité 18 du fait que la soupape Il est maintenant freinée avant de redescendre, la pression évoluant par exemple sensiblement comme illustrée à la figure 3. Pour éviter que la pression des gaz régnant dans la préchambre 7, dans le canal 6 et dans la chambre de travail 5 entrain la pénétration de gaz chaud de combustion dans la capacité 18, on prévoit dans le passage 27 un clapet anti-retour, par exemple constitué par une bille 28 montée dans le passage tronconique 27 et retenue vers l'extérieur par un pion 29 (figure 5).Tout autre moyen équivalent pourrait être prévu tel par exemple qu'un clinquant qui s'écarte pour laisser passer le carburant de la capacité 18 vers le canal 10 et se plaque dans le passage lorsque la pression des gaz devient supérieure à la pression du carburant dans la capacité 18. Le calcul montre que la pression balistique du carburant dans la capacité 18 est suffisante à tout les régimes de fonctionnement pour assurer l'injection de carburant vers la préchambre 7. Evidemment cette pression croit avec le régime de fonctionnement du moteur. Ceci est favorable car simultanément à cette augmentation du régime, il y a diminution de la durée pendant laquelle peut s'effectuer l'injection. Ces facteurs en sens opposés se compensent mutuellement et il en résulte que la quantité de carburant injectée par cycle de rotation du moteur ne dépend en fait pratiquement que du débit de carburant amené par la canalisation 24 et non du régime de fonctionnement. On obtient ainsi en quelque sorte une régulation automatique des quantités de carburant injecté sans qu'il soit nécessaire d'adapter une régulation particulière tenant compte du régime de fonctionnement du moteur. Après allumage et retour des gaz enflammés de la préchambre 7 vers la chambre 5, par exemple un peu après le point mort bas comme illustrée à la figure 4, la soupape de transfert Il se referme et il y a ensuite évacuation des gaz brûlés puis aspiration d'une nouvelle quantité d'air frais pour préparer le cycle suivant de fonctionnement du moteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui npa été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi oa particulier que le profil de la came 14 de commande du culbuteur 13 pourra être étudié en fonction de la courbe exacte que l'on voudra obtenir pour la montée en pression du carburant dans la capacité 18. De même dans l'exemple illustré cette capacité a été montrée prévue à l'intérieure de la soupape 11. Eventuelle- ment cette capacité pourrait être rapportée sur la soupape ou même prévue indépendante d'elle. Ce qui est important c'est que ladite capacité soit entraînée comme la soupape Il en mouvement alternatif de va-et-vient créant des accélarations suffisantes pour assurer à l'intérieur de la capacité la montée en pression du carburant nécessaire à produire 11inJection. L'invention comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mise en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Moteur à combustion interne du type diesel à préchambre d'injection et d'allumage communiquant par un canal de section réduite avec la chambre de travail et de combustion proprement dite du moteur, une soupape XtEnt interposée entre ladite chambre et la préchambre assurant leur communication pendant certaines périodes de fonctionnement du cycle et l'interrompant le reste du temps, ledit moteur étant caractérisé en ce qu'il est prévu une chambre ou capacité d'injection du carburant se déplaçant selon les déplacements de ladite soupape, ladite capacité recevant le carburant sous faible pression à partir d'un circuit d'alimentation et projetant du carburant dans ledit canal et ladite préchambre par effet balistique d'accélération imprimé à ladite capacité et au carburant qub y est contenu, la projection de carburant se faisant au moment voulu à travers un passage d'injection communiquant avec ladite capacité et découvert à ce moment pour déboucher vers ledit canal et ladite préchambre. 2. Moteur selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite capacité est formée dans ladite soupape. 3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que ladite capacité est fcrmée dans l'extrémité de tête de ladite soupape et le passage dtinjection est formé dans la paroi de la soupape qui, en position de fermeture de la soupape vsentpordrarson siège d'obturation. 4. Moteur selon l'un des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit passage d'injection est pourvu d'un dispositif ou clapet anti-retour interdisant toute pénétration de fluide vers la capacité. 5. Moteur selon l'une des revendications 2 à 4 caractéri sé en ce que ladite soupape étant montée coulissante dans un guide de soupape fixe, lui-même monté dans la culasse du moteur, ledit circuit d'alimentation débouche dans une chambre Sunulaire ménagée entre ladite culasse et ledit guide, et au moins un premier orifice est formé dans ledit guide débouchant dans ladite chambre, au moins un second orifice est forn & dans la paroi de ladite capacité, et ledit second orifice vient en regard dudit premier orifice pour une certaine levée de la soupape. 6. Moteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que lesdits premier et second orifices viennent en regard l'un de l'autre lorsque la soupape est fermée. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alimentation en carburant de ladite capacité est assurée par une pompe basse pression par exemple du type électrique ou à membrane.