Brevet FR2474104A1 — publié le 19810724

La présente invention concerne des moteurs à allumage commandé et à mouvements alternatifs ou rotatifs des pistons, avec volume de combustion divisé,et elle a trait plus particulièrement à un procédé de préparation du mélange combustible et à un dispositif pour la mise en oeu- vre de ce procédé. On connaît des moteurs à volume de combustion divisé,dans lesquels il est prévu, en plus des chambres prin- cipales de combustion, des chambres secondaires de combus- tion reliées aux chambres principales. Dans la chambre prin- cipale débouche le canal principal d'admission qui est com- mandé par la soupape principale d'admission. De la chambre principale de combustion part le canal d'échappement qui est commandé par la soupape d'échappement. Dans la chambre se- condaire de combustion, reliée à la chambre principale par un canal d'allumage, débouche un canal secondaire d'admis- sion qui est commandé par une soupape secondaire d'admis- sion. Dans la chambre secondaire de combustion, il est pré- vu une bougie d'allumage ou un autre dispositif d'inflamma- tion du mélange combustible. La chambre principale de combustion reçoit un mélange combustible appauvri, tandis que la chambre secon- daire de combustion reçoit un mélange combustible enrichi et bien inflammable. La bougie d'allumage enflamme le mélange combustible se trouvant dans la chambre secondaire de com- bustion quand le piston est situé dans la position de point mort haut, à la fin de la course de compression. Les gaz chauds s'échappent de la chambre secondaire par le canal d'allumage pour parvenir dans la chambre principale de com- bustion o ils enflamment le mélange combustible appauvri. On sait également que, pour obtenir un fonctionnement cor- rect du dispositif décrit ci-dessus, on doit préparer deux mélanges combustibles ayant des proportions différentes de mélanges, à savoir un mélange appauvri pour la chambre prin- cipale et un mélange enrichi pour la chambre secondaire. Dans les modes de réalisation connusdesdits moteurs, on uti- lise deux dispositifs particuliers pour la préparation des deux mélanges combustibles. Ces dispositifs sont, soit constitués par deux carburateurs indépendants, dont les or- ganes d'actionnement sont reliés mécaniquement entre eux, comme décrit par exemple dans les brevets US 1.568.638, 2.121.920, 3.092.088, 3.230. 939 et 3.880.942, ou dans le brevet DE 2.259.286, entre autres, ou bien on utilise une combinaison d'un carburateur et d'un dispositif d'injection. Cela est le cas, par exemple, du dispositif fabriqué par les Sociétés Honda ou Volkswagen. On a égale- ment utilisé deux dispositifs d'injection indépendants; c'est' le cas du dispositif commercialisé par la Société Porsche. Un inconvénient de ces dispositifs connus rési- de, d'une part, dans l'obligation de prévoir des dispositifs en double, identiques ou différentset, d'autre part, dans leur actionnement coordonné, ce qui nécessite un mécanisme assez compliqué, ou bien d'autres agencements. L'invention a pour but de fournir un procédé de préparation d 'un mélange combustible avec différentes proportions de mélanges et un dispositif pour la mise en oeu- vre dudit procédé. Le dispositif doit être simple et fonc- tionner correctement, permettre une régulation simple de la proportion de mélange des deux mélanges combustibles, et é- liminer les inconvénients des réalisations connues. Le procédé de préparation de mélanges combusti- bles avec des proportions différentes de mélange pour une chambre principale de combustion et une chambre secondaire de combustion de moteurs à volume de combustion divisé est caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on prélève le mé- lange combustible destiné aux deux chambres de combustion dans un courant de carburant, qu'on injecte dans le courant d'air introduit dans la chambre principale de combustion. Une fraction de combustible est séparée du courant combus- tible par un courant d'air secondaire qui est introduit dans la chambre secondaire de combustion. Le mélange combustible destiné à la chambre secondaire de combustion est préparé, conformément à la présente invention, par introduction d'air additionnel, qui est avantageusement prélevé dans le cou- rant principal d'air aspiré. En outre, conformément à la présente invention, le courant secondaire d'air aspiré est prélevé dans le cou- rant principal d'air aspiré. Pour la mise en oeuvre du pro- cédé proposé,il est prévu un dispositif dans lequel une par- tie du combustible est aspirée dans la chambre secondaire de combustion et est préparée par introduction d'air addition- nel. Une autre caractéristique consiste en ce que l'appendice tubulaire de la buse d'injection débouche dans le canal principal d'admission, éventuellement dans le tube principal d'admission, ou bien dans la chambre mélangeuse des tuyaux d'admission. Il est avantageux de relier la chambre d'admis- sion avec le tuyau principal d'admission par le canal d'air additionnel, ou bien on peut la relier avec le canal princi- pal d'admission et, également, avec le tuyau principal d'ad- mission, par un passage de forme annulaire entourant l'ap- pendice tubulaire de la buse d'injection. Le canal d'air ad- ditionnel peut être relié au tuyau principal d'admission par un orifice dans lequel pénètre l'extrémité conique d'u- ne vis de régulation, ou bien la liaison peut être établie par une buse d'air avec la partie d'admission du moteur, au- quel cas il est prévu dans la buse d'air un cône d'étrangle- ment servant à l'actionnement du régulateur additionnel. Une autre caractéristique consiste en ce qu'il est prévu dans le canal d'air additionnel une buse pour l'in- troduction de l'air additionnel. Selon l'invention, il est prévu dans le tuyau principal d'admission, en amont du collecteur du tuyau prin- cipal d'admission, si l'on considère la direction d'écoule- ment de l'air principal, un clapet d'étranglement. En outre, il est prévu un clapet d'étranglement dans le tuyau princi- pal d'admission, en amont de la chambre mélangeuse, si l'on considère la direction d'écoulement de l'air principal d'admission. L'agencement conforme à l'invention permet d'obtenir, pour un moteur comportant un volume de combus- tion divisé,l'avantage d'une préparation correcte d'un mé- lange combustible avec deux proportions de mélange pour un seul dispositif d'injection d'un type approprié, par exem- ple un dispositif opérant à basse pression, à pression moyenne ou à haute pression, avec injection continue ou interrompue. L'avantage principal de cet agencement par rap- port aux réalisations connues consiste essentiellement dans le meilleur maintien d'une proportion uniforme du mélange combustible et d'une meilleure répartition dans les diffé- rents cylindres. Cela permet, pour une proportion-globale identique du mélange combustible, d'obtenir de plus faibles pourcentages de substances nocives dans les gaz d'échappe- ment, en particulier d'oxyde d'azote, et d'atteindre de plus grandes puissances spécifiques avec un dispositif ayant une construction simplifiée, qui ne nécessite pas un système de combustion d'une conception compliquée et coûteuse. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention ressortiront mieux de la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux des- sins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue en coupe schématique du dis- positif selon l'invention, monté sur un cylindre de moteur. Fig. 2 est une coupe partielle du système d'ad- mission du moteur, avec modification de l'introduction de l'air additionnel. Fig. 3 est une vue en coupe schématique de la buse réglable de fourniture d'air additionnel. Fig. 4 montre la disposition du système d'ad- mission avec injection de carburant en un seul endroit du tuyau d'admission d'un moteur à plusieurs cylindres. Figs. 5, 6 et 7 sont des coupes schématiques d'autres modes de réalisation de la chambre d'admission, les figures montrant également la buse d'injection du dis- positif selon l'invention. La figure 1 montre l'agencement de base du dis- positif selon l'invention, qui est monté sur un moteur à un ou plusieurs cylindres avec allumage commandé. Dans la culas- se de cylindre 1 est ménagée la chambre principale de combus- tion 2 qui est obturée par la surface frontale du piston 3, et éventuellement par la paroi de cylindre du moteur. Dans la chambre principale de combustion 2 débouche le canal princi- pal d'admission 5, qui est commandé par la soupape principa- le d'admission 4.La chambre principale de combustion 2 est reliée à une chambre secondaire de combustion 6 par le canal d'allumage; le canal secondaire d'admission 8, commandé par la soupape secondaire d'admission 7, débouche dans ladite chambre secondaire de combustion 6. Dans cette chambre secon- daire 6, il est prévu une bougie d'allumage 9. Le canal prin- cipal d'admission 5 est relié au tuyau principal d'admission 17 débouchant dans le collecteur 14. Ce collecteur 14 est re- lié à un corps pourvu d'un clapet d'étranglement 15, à un ré- gulateur de débit de carburant, et à d'autres parties du sys- tème d'admission du moteur. Dans la culasse 1, il est prévu un support 11 pour la buse d'injection 10, ce support étant pourvu d'un appendice tubulaire lla qui délimite la chambre d'admission 12 dans la culasse 1. Cette chambre est reliée au canal principal d'admission 5 par des orifices 13 ménagés dans l'appendice tubulaire lla. La chambre d'admission 12 est reliée à la chambre secondaire d'admission 6 par le ca- nal secondaire d'admission 8. La figure 2 représente un agencement dans le- quel le canal secondaire d'admission 8 est relié à un canal 18 de fourniture d'air additionnel, qui débouche par exem- ple dans le collecteur tubulaire 14. La buse 19 de fournitu- re d'air additionnel peut être commune à tous les cylindres du moteur, ou bien on peut relier une buse particulière à chaque cylindre. Le canal 18 de fourniture d'air additionnel permet le réglage de la proportion de mélange combustible pour la chambre secondaire de combustion 6 et, en commun avec les orifices 13, également le réglage de la quantité de carburant. La figure 3 montre, à titre d'exemple, un agen- cement du régulateur d'air additionnel, qui est disposé dans le canal 18 d'air additionnel. Sa section de passage est commandée en fonction du régime de fonctionnement du moteur. L'organe de manoeuvre 20 actionne, par exemple en fonction de la charge du moteur, un cône d'étranglement 21, et il modi- fie ainsi la section de passage de la buse 28 de fourniture d'air additionnel. Pour un réglage précis de la quantité d'air additionnel, lorsque la buse 28 est fermée, il est prévu un orifice 22 ménagé dans la paroi du tuyau d'admission. Cet orifice est réglable à l'aide d'une vis 23. La figure 4 montre l'agencement d'un moteur à plusieurs cylindres dans lequel l'injection de carburant dans le tuyau principal d'admission 17 est assurée par une seule buse 10 pour tous les cylindres du moteur. La buse d'in- jection de carburant 10 est disposée dans un support 11 et el- le injecte le carburant dans la chambre mélangeuse 24 du tuyau commun d'admission. A partir de là, le mélange combustible est amené dans les différents cylindres du moteur par la dé- rivation correspondante du tuyau principal 17. Le support 11 délimite, à l'aide de l'appendice tubulaire lla, une chambre d'admission 12, qui est reliée, d'une part, au tuyau princi- pal d'admission 17 par les orifices 13 et, d'autre part, par le canal d'air additionnel 18, au canal secondaire d'admis- sion 8. Le mélange combustible enrichi destiné à la chambre secondaire de combustion 6 est prélevé, dans ce mode de réa- lisation, en un seul endroit. On peut également envisager une préparation éventuelle du mélange avec un seul dispositif. La figure 5 représente un exemple d'agencement du support 11 pourvu de l'appendice tubulaire lla et elle montre, en outre, comment ce support 11 est placé dans le tuyau principal d'admission 17 pour former la chambre d'as- piration 12. Le corps du support 11 est constitué par une partie moulée du tuyau principal d'admission 17. Entre l'ap- pendice tubulaire lla du support 11 et le trou étagé ména- gé dans l'appendice moulé du tuyau principal d'admission 17, est formée la chambre d'aspiration 12. La buse d'injection de carburant 10 débouche dans la cavité de l'appendice tu- bulaire lla. A proximité de l'embouchure de la buse d'injec- tion 10, il est prévu des orifices 13 qui établissent une communication entre la chambre d'admission 12 et le tuyau principal d'admission 17. La chambre d'admission 12 est également reliée au canal secondaire d'admission 8. Un canal d'air additionnel 18 est placé en parallèle ou en série avec la chambre d'admission 12.1 permet sans grande difficulté un réglage de la proportion du mélange combustible en accord avec les conditions de marche du moteur. A l'aide de l'air additionnel, il est possible de commander la proportion du mélange combustible destiné à la chambre secondaire de com- bustion en tenant compte du régime de fonctionnement du mo- teur. La figure 6 représente une variante dans laquel- le le support 11 est emmanché dans le trou ménagé dans la partie moulée sur la culasse de cylindre 1 ou sur le tuyau principal d'admission 17. L'air additionnel s'écoule par le passage annulaire 26 existant entre la paroi extérieure de l'appendice tubulaire lla et le trou ménagé dans l'appendi- ce moulé précité. La figure 7 montre une disposition semblable à celle de la figure 6, mais présentant cependant la différen- ce que l'air additionnel est canalisé vers la chambre d'ad- mission 12 par le canal 18 qui est percé en oblique dans le tuyau principal 17. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante: On fait passer dans la buse d'injection 10 une quantité de carburant telle qu'elle constitue avec l'air to- tal aspiré un mélange ayant la proportion globale de orée. Par suite des variations thermodynamiques se produisant 2 474104 dansle jet de carburant injecté, il se produit au voisina- ge immédiat de l'embouchure d'injection 10 une libération de ses fractions les plus volatiles, qui sont entraînées en même temps que le carburant atomisé, par l'action d'é- coulement se produisant dans l'appendice tubulaire lla, dans le jet de carburant injecté et, par effet d'aspiration dans le canal secondaire d'admission 8, vers la chambre secondai- re de combustion 6. Ce mélange combustible possède une ten- dance minimale à la condensation sur les parois secondaires d'admission 8 et à une combustion incomplète dans la chambre secondaire de combustion 6. Du fait qu'il existe, en vue de l'aspiration d'une dose fraîche du mélange combustible dans le moteur, les mêmes conditions limites dans le tuyau principal et dans le tuyau secondaire d'admission, les pro- portions des mélanges combustibles qui sont aspirées dans la chambre principale de combustion 2, et dans la chambre se- condaire de combustion 6, sont fonctions des propriétés hy- drodynamiques des deux systèmes d'admission. On peut choi- sir ces propriétés de manière que la proportion des deux mé- langes combustibles diminue ou augmente lors d'une augmenta- tion de la charge du moteur. On a établi que le degré de di- vision des mélanges combustible exprimé par le rapport en- tre, d'une part, la quantité de combustible pénétrant dans la chambre secondaire de combustion 6 et d'autre part la quantité de combustible pénétrant dans la chambre principa- le de combustion 2, n'est que peu fonction de la vitesse de rotation du moteur. La proportion du mélange combustible in- troduit dans la chambre secondaire de combustion 6 peut être réglée dans de larges limites par action sur les dimensions de l'appendice tubulaire lla du support 11, sur la section de passage des orifices 13, ou bien sur la grosseur du tuyau d'alimentation en air additionnel. L'air-additionnel peut, en cas de besoin, être prélevé dans le système d'admission, entre l'appendice tubulaire lla du support Il et le filtre pour l'air aspiré et l'air introduit par le canal d'admis- sion 8. Le choix de ces valeurs dépend du dispositif d'in- jection utilisé. Pour toutes les variations de la propor- tion de mélange et de la quantité du mélange combustible destiné à la chambre secondaire de combustion 6,la propor- tion totale du mélange combustible reste fonction du régla- ge de base du dispositif d'injection. Pour garantir un bon fonctionnement du disposi- tif, il est avantageux du point de vue de la préparation du mélange combustible, notamment du mélange destiné à la cham- bre secondaire de combustion 6 pour une faible charge du mo- teur, et lorsqu'on utilise un dispositif d'injection à basse pression, d'utiliser, pour obtenir une atomisation plus com- plète du jet de carburant, de l'air additionnel, qui est transféré du volume situé en amont du clapet d'étranglement en direction de l'embouchure des buses d'injection 10. La quantité d'air est fonction de la grandeur de la dépres- sion régnant dans le tuyau principal d'admission 17 en ar- rière du papillon d'étranglement 15 et de la section de pas- sage dans la zone de décharge dans les buses d'injection 10. En considérant le cas o, pour une charge dé- terminée du moteur, la différence de pression de l'air dans la section de décharge est critique, la pulvérisation du combustible réalisée de cette manière est très efficace. De. cette pulvérisation du carburant dépend l'intensité de sa vaporisation, c'est-à-dire la stabilité de qualité du mélange combustible qui est aspiré dans la chambre secondaire de combustion 6. A la limite, la quantité d'air peut atteindre la valeur nécessaire pour le ralenti. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un mélange combus- tible avec des proportions différentes, respectivement pour la chambre principale de combustion et la chambre secondai- re de combustion, pour des moteurs à volume de combustion divisé, caractérisé en ce qu'on prépare le mélange combus- tible pour les deux chambres de combustion à l'aide d'un seul dispositif d'injection et en ce qu'on sépare une partie du jet de carburant, qui est injecté dans le courant princi- pal d'air aspiré dans la chambre principale de combustion, à l'aide d'un courant d'air secondaire, qui est admis dans la chambre secondaire de combustion. 2. Procédé de préparation d'un mélange combus- tible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on rè- gle la proportion du mélange combustible admis dans la cham- bre secondaire de combustion par adjonction d'air addition- nel. 3. Procédé de préparation d'un mélange combus- tible selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on prélève l'air additionnel dans le courant princi- pal d'air aspiré. 4. Procédé de préparation d'un mélange combus- tible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on pré- lève le courant secondaire d'air aspiré dans le courant principal d'air aspiré. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, applicable à un moteur à volume de combustion divisé, comportant un canal principal d'admis- sion qui débouche dans une chambre principale de combustion dudit volume de combustion divisé, et un canal secondaire d'admission débouchant dans une chambre secondaire de com- bustion, les deux chambres de combustion étant séparées de leurs canaux d'admission par des soupapes d'admission, ain- si qu'une buse d'injection qui pénètre dans la partie d'ad- mission du moteur, caractérisé en ce que la sortie de la bu- se d'injection (10) est entourée par un appendice tubulaire il (lia) qui est ouvert en direction de la partie d'admission du moteur, et en ce que l'embouchure de la buse d'injection (10) comporte des orifices (13) qui débouchent dans une chambre d'admission (12) qui entoure l'appendice tubulaire (lia) et qui est reliée à la chambre secondaire de combus- tion (6) par un canal secondaire d'admission (8). 6.Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appendice tubulaire (lia) de la buse d'injection (10) est ouvert en direction du canal principal d'admission (5). 7. Dispositif de préparation dbnmélange com- bustible selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appendice tubulaire (lia) du support (11) de la buse d'injection (10) est ouvert en direction du tuyau principal d'admission (17). 8. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appendice tubulaire (lia) du support (11) de la buse d'in- jection (10) est ouvert en direction de la chambre mélangeu- se (24) du tuyau principal d'admission (17). 9. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre d'admission (12) est reliée au tuyau principal d'ad- mission (17) par un canal (18) d'air additionnel. 10. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre d'admission (12) est reliée, d'une part, au canal principal d'admission (5) et, d'autre part, au tuyau princi- pall'admission (17)par un passage annulaire (26) de la buse d'injection (10), dont les parois intérieures forment ledit appendice tubulaire (lia) du support 11. 11. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le canal (18) d'air additionnel est relié au tuyau principal (17) par un orifice (22) dans le- quel pénètre l'extrémité de forme conique d'une vis de régu- lation (23). 12. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, et 11, caractérisé en ce que le canal (18) d'air addition- nel est relié par une buse d'air (28) au canal d'admission du moteur, et en ce qu'un cône d'étranglement (21) faisant partie d'un organe d'actionnement-(20) du régulateur (27) d'air additionnel pénètre dans ladite buse d'air (28). 13. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon l'une quelconque des revendications 6 à. 9 et 12, caractérisé en ce qu'une buse (19) d'air additionnel est disposée dans le canal (18) d'air additionnel. 14. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce qu'un organe d'étranglement est disposé dans le tuyau principal d'admission (17), en amont du col- lecteur (14) des tuyaux principaux d'admission (17) si l'on considère la direction d'écoulement de l'air principal aspiré. 15. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'organe d'étanglement se compose d'un clapet d'étranglement (15). 16. Dispositif de préparation d'un mélange com- bustible selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce qu'il est prévu un clapet d'étranglement dans le tuyau principal d'admission (17) en amont de la chambre mélangeuse (24) si l'on considère la direction d'é- coulement de l'air principal aspiré.