Brevet FR2473631A1 — publié le 19810717

Z 4736 3k 1. La présente invention concerne un moteur à combustion interne équipé d'un trajet d'admission auxiliaire pour pro- duire un tourbillon de gaz d'aspiration dans chacune des chambres de combustion du moteur et elle se rapporte plus particulièrement à un moteur à combustion interne à quatre temps dans lequel le nombre des orifices d'entrée du tra- jet d'admission auxiliaire et les emplacements o ils dé- bouchent sont choisis de telle sorte que, dans la plage de conduite à charge moyenne, plage dans laquelle le recycla- ge des gaz d'échappement est particulièrement important, une combustion stable soit assurée tandis qu'une fourniture non synchronisée de combustible est empêchée; la consomma- tion de carburant pouvant de ce fait être réduite. Les exigences les plus récentes relatives aux moteurs à combustion interne d'automobiles sont l'épuration des gaz d'échappement, et en particulier une réduction importante de l'émission d'oxydes d'azote, et la réduction de la con- sommation de carburant. A cette fin, on adopte fréquem- ment le recyclage des gaz d'échappement et la combustion de mélanges pauvres. A cet égard, il est bien connu qu'il suffit d'accroître la vitesse de combustion pour éviter les fluctuations de la combustion ou les ratées d'allumage tout en remplissant les conditions à la fois d'un recycla- ge important des gaz d'échappement et d'une combustion d'un mélange pauvre. Plusieurs solutions ont déjà été proposées pour éta- blir un trajet d'admisÉion auxiliaire séparé du trajet d'admission principal de telle sorte que le trajet auxi- liaire puisse servir à aspirer un gaz et à l'injecter dans la chambre de combustion produisant, de ce fait,un tour- billonnement du gaz aspiré dans la chambre de combustion, dans le but d'accroître la vitesse de combustion. Cependant, les systèmes d'admission qui comportent le trajet d'admission auxiliaire proposé sont encore au stade des études et de la mise au point en vue de la réa- lisation d'une application pratique et ils laissent beau- 2. coup à désirer, comme on l'expliquera ci-après. En fait, l'emplacement de l'orifice d'entrée d'un tel trajet d'ad- mission auxiliaire dans le moteur à combustion interne classique a été mal choisi et a entraîné divers inconvé- nients selon le mode de fonctionnement. Dans le moteur classique, le trajet d'admission auxiliaire ne comporte qu'un seul orifice d'entrée et cet orifice d'entrée est disposé soit plus proche du côté du carburateur aboutis- sant à l'atmosphère que le venturi du carburateur soit à l'intérieur du conduit du carburateur entre le venturi et et le papillon des gaz. Lorsque cet orifice d'entrée est situé dans le premier emplacement, le volume d'air qui tra- verse le venturi du carburateur dans lequel débouche le gi- cleur principal est, naturellement réduit et il en ré- sulte qu'une fourniture non synchronisée ou retardée de combustible par le gicleur principal se produit, en parti- culier dans la plage de fonctionnement à charge moyenne ou forte, et la réponse du moteur à l'action de la pédale d'ac- célérateur devient mauvaise. En outre, si la section d'ou- verture de l'orifice d'entrée est calculée de manière à être adaptée au volume de gaz qui doit être injecté par le trajet d'admission auxiliaire pendant le fonctionnement à charge moyenne avec un recyclage important des gaz d'é- chappement, lors du fonctionnement au ralenti, une quan- tité relativement importante d'air est fournie par le tra- jet d'admission auxiliaire, bien que le carburateur ne fournisse qu'une petite quantité de combustible, ce qui se traduit par un rapport air/combustible extrêmement élevé et, par conséquent, par un risque important de ratés d'al- lumage. Lorsque l'orifice d'entrée est situé dans le second emplacement, la totalité de l'air qui s'écoule dans le tra- jet auxiliaire traverse au préalable le venturi du carbu- rateur mais, du fait de l'effet d'étranglement du venturi, le volume nécessaire de gaz d'admission provenant du trajet auxiliaire pour le fonctionnement à charge moyenne diminue 3. de sorte qu'il ne peut plus provoquer un tourbillonnement suffisant. Par ailleurs, lors du fonctionnement au ralenti, l'air traversant le venturi aspire du combustible hors du gicleur principal et il en résulte qu'un excès de combus- tible, en plus du mélange gazeux fourri par le gicleur de ralenti, est fourni par le gicleur principal, ce qui a des effets défavorables sur la consommation de carburant. L'un des buts de l'invention est, par conséquent, de réaliser un moteur à combustion interne à quatre temps qui ne présente aucun des inconvénients mentionnés ci- dessus. Un autre but de l'invention est de réaliser un moteur à combustion interne du type à quatre temps qui utilise un carburateur classique pratiquement tel quel, sans au- cune modification importante de construction et sans addi- tion d'organes supplémentaires. Ces buts de l'invention peuvent être atteints en uti- lisant au moins deux orifices d'entrée pour le trajet d'ad- mission auxiliaire, un orifice d'entrée étant raccordé au côté du carburateur, aboutissant à l'atmosphère après avoir contourné le papillon des gaz et le venturi du car- burateur et l'autre orifice d'entrée débouchant dans le conduit du carburateur d'une manière telle qu'il puisse être ouvert ou fermé par le papillon des gaz du carbura- teur, cet orifice étant fermé par ce papillon lors du fonc- tionnement au ralenti. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique qui représente un mode de réalisation de l'invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie du mode de réalisation représenté sur la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue de dessous d'une culasse, 4. c'est-à-dire une première partie du mode de réalisation représenté sur la Fig. 1; - la Fig. 4 est une vue en coupe d'une des principa- les parties du mode de réalisation représenté sur la Fig.l, à savoir celle qui comporte le carburateur; - la Fig. 5 est un diagramme qui montre la relation qui existe entre le degré d'ouverture du papillon des gaz et le volume de gaz qui s'écoule par-le trajet d'aspira- tion auxiliaire. Sur les Fig. 1 et 2, la référence 1 désigne un moteur à quatre temps à quatre cylindres en ligne qui comporte, comme connu, un-bloc-cylindres 2, une culasse 3 montée sur le bloc-cylindres et des pistons 4 montés coulissants dans le bloc-cylindres 2. Dans chacune des quatre cham- bres de combustion 5 qui sont délimitées par ces éléments 2, 3 et 4, débouche un orifice d'admission 6 et un ori- fice d'échappement 7 formés dans la partie de la culasse 3 qui correspond à chaque cylindre. Les deux orifices 6 et7 peuvent être ouverts ou fermés respectivement par une 2C soupape d'admission 8 et par une soupape d'échappement (non représentée). Le fonctionnement de la soupape d'ad- mission 8 est commandé par un dispositif de commande de soupape d'admission qui comporte une came 9, un culbuteur , etc...Le fonctionnement de la soupape d'échappement est commandé par un mécanisme similaire. L'orifice d'admission 6 est raccordé à une tubulure d'admission 11 tandis que l'orifice d'échappement 7 est raccordé à une tubulure d'échappement 12. la tubulure d'ad- mission 11 est raccordée immédiatement en amont de Sa rami- fication en conduits séparés, à un carburateur 13, et, de ce fait, l'orifice d'admission 6 et la tubulure d'admission 11 constituent un trajet d'aspiration principal A qui fait communiquer le carburateur 13 avec chaque chambre de com- bustion 5. Comme représenté sur la Fig. 3, l'orifice d'ad- mission 6 est orienté presque tangentiellement en direc- tion de la paroi intérieure de la chambre de combustion 5 5. (formée dans chaque cylindre du bloc-cylindres 2) de sorte que le mélange gazeux fourni par cet orifice peut provo- quer un tourbillonnement autour de l'axe du cylindre à l'intérieur de la chambre de combustion 5. Le tourbillon est orienté de telle sorte qu'il balaye tout d'abord la bougie 15 à étincelles puis se déplace vers l'orifice d'é- chappement 7. L'orifice d'admission 6 n'est pas disposé suivant une orientation extrême quelconque de crainte que le rendement volumique diminue aux fortes charges. Chaque chambre de combustion 5 est alimentée (par as- piration) avec le gaz provenant d'un trajet d'admission auxiliaire 14 ainsi qu'avec un mélange gazeux fourni par le trajet d'admission principal A. Le trajet d'admission auxiliaire 14 comporte quatre branches 14a, à savoir au- tant que le moteur comporte de cylindres et un trajet com- mun 14b de plus grand diamètre avec lequel ces branches communiquent; la section de passage utile du trajet 14b est suffisamment plus petite que celle du trajet d'admis- sion principal A. Comme représenté sur la Fig. 2, l'extré- mité de chaque branche 14a, c'est-à-dire l'orifice de sor- tie du trajet d'admission auxiliaire 14 est formé par une buse d'éjection 14c de petit diamètre qui débouche immédiatement en amont de la soupape d'admission 8 dans une direction tangentielle, comme représenté sur la Fig.3, par rapport à la chambre de combustion 5 (c'est-à-dire par rapport à la paroi latérale de cette chambre ou paroi in- térieure du cylindre formé dans le bloc-cylindres 2). Par conséquent, lorsque le gaz est injecté (aspiré) dans la chambre de combustion 5 par la buse d'éjection 14c, un tourbillon est engendré autour de l'axe du cylindre formé dans le bloc-cylindres 2., le tourbillon étant orienté dans le même sens de rotation que le mélange gazeux prove- nânt du trajet d'admission principal A. Une partie d'ad- mission du trajet auxiliaire 14, c'est-à-dire l'extrémité du trajet commun 14b, se divise en deux branches. En d'autres termes les premier et second orifices d'entrée 6. 14d et 14e débouchent dans un conduit 13a du carbura- teur 13. Comme on le voit sur la Fig. 4, les orifices d'- entrée 14d et 14e sont espacés l'un de l'autre dans le sens d'écoulement du conduit l3a, le premier orifice 14d, situé en amont, contournant le papillon 13b des gaz du carburateur 13 et un gicleur principal 13d,de combustible qui débouche dans un venturi 13c et débouchant ainsi en amont du venturi 13c (mais, naturellement, en aval d'un filtre 16 à air) et le second orifice 14c étant disposé de telle sorte qu'il peut être ouvert ou fermé par le pa- pillon 13b des gaz lorsque ce dernier est dans la position de ralenti (la position de fermeture du papillon repré- sentée en traits pleins sur la Fig. 3) et qu'il se trouve disposé en amont du papillon 13b des gaz lorsque de pa- pillon est ouvert (position représentée en traits inter- rompus sur la Fig. 3). Le premier orifice d'entrée 14d est muni d'un ajutage calibré 17 pour régler le volume de gaz (air) qui doit être aspiré. Par ailleurs, des conduits d'échappement conduisent des orifices d'échappement à un silencieux 18 par l'inter- médiaire d'une tubulure d'échappement 12 qui sont raccor- dés à un tuyau 19 d'admission d'air secondaire tandis qu'un catalyseur d'oxydation 20 est disposé en aval de l'o- rifice d'admission l9a de l'air secondaire. Un disposi- tif 21 d'alimentation en air secondaire est raccordé au tuyau 19 d'admission d'air secondaire et ce dispositif est constitué, soit par un clapet à lame actionné par les pul- sations de pression des gaz d'échappement, soit par une pompe d'alimentation en air secondaire, de façon connue, Un tuyau 22 de recyclage des gaz d'échappement forme une dérivation sur la tubulure d'échappement entre les deux éléments l9a et 20, l'extrémité du tuyau 22 de recyclage des gaz d'échappement étant raccordée au point de ramifi- cation de la tubulure d'admission il en aval du carbura- teur 13. En outre, le tuyau 22 de recyclage des gaz d'é- chappement est muni d'un robinet 23 qui commande le vo- 7. lume des gaz d'échappement recyclés. Le catalyseur d'oxyda- tion 20 peut être un dispositif catalyseur classicue et le robinet 23 de commande de recyclage peut être un robi- net de style classique, par exemple du type commandé par une dépression oui utilise la dépression du conduit d'ad- mission. Sur la Fig. 1, la référence 24 désigne l'ouverture d'échappement. On décrira ci-après le fonctionnement du moteur com- portant l'agencement décrit ci-dessus. Une dépression en- gendrée dans la chambre de combustion 5 pendant la course d'aspiration qui se produit au cours du fonctionnement du moteur provoque la fourniture (aspiration) d'un mélange ga- zeux formé dans le carburateur 13, par le trajet d'admis- sion principal A, à la chambre de combustion 5 et elle provoque, en même temps, l'aspiration d'un gaz (air ou mé- lange gazeux) dans le trajet d'admission auxiliaire 14 et son injection dans la chambre de combustion 5. Le gaz in- jecté par le trajet auxiliaire 14 produit alors un tour- billonnement du gaz d'admission autour de l'axe du cylin- dre formé dans le bloc-cylindres 2.à l'intérieur de la chambre de combustion 5, ce qui améliore l'homogénéité du mélange gazeux et accroît la vitesse de combustion. Il est évident que l'aspiration dans la chaLbre de combustion 5 à la fois par le trajet d'admission A et par le trajet d'ad- mission 14 est parfaitement synchronisé avec le fonction- nement de la soupape d'admission 8. Sur le diagramme de la Fig. 5, on a représenté la re- lation qui existe entre le volume de gaz injecté dans la chambre de combustion 5 par le trajet d'admission auxili- aire 14 et le degré d'ouverture du papillon 13b des gaz; sur ce diagramme la référence/,s désigne le volume de gaz aspiré par le prerier orifice d'entrée 14d, la référence 0J désigne le volume de gaz aspiré par le second orifice d'entrée 14c, la référence In désigne le volume total de gaz aspiré par les deux orifices d'entrée 14d et 14c et la CS indique la limite inférieure de l'injection de gaz par 8. le trajet d'admission auxiliaire 14 qui est souhaitable dans la plage de fonctionnement du moteur sous une charge moyenne. On décrira ci-après, en se référant à la Fig. 5, le rendement du moteur selon l'invention, lorsque diffé- rentes charges lui sont imposées (pour différents-degràs d'ouverture du papillon 13b des gaz). (i) Ralenti Pendant le fonctionnement au ralenti, avec le second orifice d'entrée 14e du trajet d'admission auxiliaire 14 fermé par le papillon 13b des gaz, le gaz (air) n'est admis dans le trajet d'admission auxiliaire 14 que par le pre- mier orifice d'entrée 14d. Ainsi, lorsque le papillon 13b des gaz est fermé et que, par conséquent, le second orifice d'entrée 14e est fermé, il ne s'écoule pas d'air par le venturi 13c et, par conséquent, le gicleur 13d n'introdui- sant pas de combustible dans lé conduit l3a, il n'y a pas de-fuite de combustible en excès ce qui améliore l'économie de combustible. Pendant le fonctionnement au ralenti, l'in- jection de gaz dans la chambre de combustion 5 par le tra- jet d'admission auxiliaire 14 est relativement faible et il n'y a qu'un petit volume de mélange gazeux qui soit fourni par un orifice de ralenti (non représenté) du carburateur 13 de sorte que les ratés d'allumage peuvent être évités grâce à la suppression du volume de gaz injecté par le tra- jet d'aspiration auxiliaire. (ii) Fonctionnement de faible charge à forte charge En fonctionnement entre faible charge et une forte charge, les deux orifices d'entrée 14d et 14e sont ouverts et un volume important de gaz est aspiré par le trajet d'- admission auxiliaire en particulier, pendant le fonction- nement sous charge moyenne avec un recyclage important des gaz d'échappement et il en résulte que l'injection de gaz par le trajet d'admission auxiliaire 14 dans la chambre de combustion 5 est accrue ce qui renforce le tourbillon- nement du mélange dans la chambre de combustion 5. Ainsi, 9. une combustion stable se produit dans la plage de fonctionne- à charge moyenne avec un recyclage important des gaz d'é- chappement. Naturellement, la plus grande partie de l'air qui doit être aspiré dans la chambre de combustion au cours du fonctionnement entre une faible charge et une forte char- ge traverse le venturi 13c et, par conséquent, il ne peut pas se produire une injection non synchronisée ou retardée de combustible par le gicleur l3d. En fonctionnement sous forte charge, l'injection de gaz par le trajet d'admission auxiliaire 14 dans la chambre de combustion 5 est réduite. La raison en est qu'un fort tourbillonnement du mélange d'aspiration n'est pas nécessaire du fait que, sous forte charge, une puissance de sortie particulièrement impor- tante doit être développée et que, par conséquent, le re- cyclage des gaz d'échappement n'est pas aussi important; en outre, les gaz résiduels restant dans la chambre de com- bustion 5 (gaz qui restent après la combustion sans être évacués) ne sont pas en quantité importante. Dans l'exemple décrit ci-dessus, il est possible de régler les quantités de gaz aspirées par le premier ori- fice d'entrée 14d et par le second orifice d'entrée 14c dans les proportions désirées en modifiant les diamètres d'ouverture des orifices d'entrée. Ainsi, si, comme dans l'exemple représenté, un ajutage calibré 17 est monté dans le premier orifice d'entrée 14d, le volume de gas in- troduit par cet orifice d'entrée sera maintenu approxi- mativement constant, indépendamment du degré d'ouverture du papillon 13b des gaz et, ainsi, il devient facile de régler avantageusement l'injection de gaz par le trajet d'admission auxiliaire 14 en fonction du degré d'ouver- ture du papillon 13b des gaz. Le volume d'air aspiré par le premier orifice d'entrée 14d peut être réglé de fa- çon à être égal au volume nécessaire pour le fonctionne- ment au ralenti. Lorsque le premier orifice d'entrée 14d est agencé de façon à déboucher du côté atmosphère du carburateur 10. après avoir contourné le papillon 13b des gaz jusqu'au gicleur l3d, l'emplacement de l'ouverture de l'orifice d'entrée est sans importance. Le carburateur peut être du type à double-corps ou du type à venturi réglable (ty- pe SU). Si le carburateur est du type à double-corps, il suffit que le second orifice d'entrée 14e du trajet d'as- piration auxiliaire soit situé au niveau du papillon des gaz, du côté primaire. 24736l1 il. - REVENDICATIONS - 1 - Moteur à combustion interne à quatre temps carac- térisé en ce qu'il comprend un trajet d'admission princi- pal A s'étendant à partir d'un carburateur (13) et aboutis- sant à une chambre de combustion (5) et commandé par une soupape d'admission (8), et un trajet d'admission auxi- liaire (14) formé séparément du trajet d'admission princi- pal, l'orifice de sortie de ce trajet d'admission auxili- aire étant orienté en direction de la chambre de combus- tion de telle sorte qu'un tourbillonnement des gaz d'ad- mission peut être produit dans la chambre de combustion pendant la course d'aspiration du moteur, ledit trajet d'qd- mission auxiliaire (14) ayant au moins deux orifices d'entrée (14d, 14e) le premier débouchant du côté aboutis- sant à l'atmosphère du carburateur, après avoir contourné le papillon (13b) des gaz jusqu'à un venturi (13c) du car- burateur et le second étant commandé par le papillon des gaz et débouchant dans un conduit (13a) du carburateur de telle sorte qu'il puisse être fermé par le papillon des gaz, au ralenti. 2 - Moteur à combustion interne à quatre temps se- lon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier orifice d'entrée (14d) est disposé en amont du venturi (13c) et débouche dans le conduit (13a) du carburateur. 3 - Moteur à combustion interne à quatre temps selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'un ajutage calibré (17) est disposé dans le premier orifice d'entrée (14d). 4 - Moteur à combustion interne à quatre temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'orifice de sortie du trajet d'admission auxili- aire (14) est disposé immédiatement en amont de la sou- pape d'admission (8).