Brevet FR2491150A1 — publié le 19820402

- 1 - La présente invention se rapporte à un dispo- sitif d'admission pour moteur à combustion interne, qui comprend un circuit d'admission secondaire formé séparément d'un circuit d'admission principal. Depuis quelque temps, on exige des moteurs à combustion interne pour automobiles, non seulement une épuration des gaz d'échappement mais également une amélioration du taux de consommation de combustible. Pour répondre à ces exigences, on utilise fréquemment le recyclage des gaz d'échappement et la combustion d'un mélange pauvre. Il est connu que, pour éviter les fluctuations de la combustion et les ratés d'allumage tout en satisfaisant aux deux conditions de recyclage des gaz d'échappement et de combustion d'un mélange pauvre, un moyen satisfai- sant consiste à accrottre la vitesse de combustion. Pour élever la vitesse de combustion, il a été proposé récemment plusieurs solutions dans lesquelles un conduit d'admission secondaire prévu séparément d'un conduit d'admission principal est adapté pour injecter un gaz dans une chambre de combustion afin d'engendrer ainsi un tourbillon de gaz dans la chambre de combustion. Toutefois, le dispositif d'admission comprenant un conduit d'admission secondaire reste encore à mettre au point. Le but principal de l'invention est de réaliser un dispositif d'admission pour moteur à combustion interne comportant un conduit d'admission se- condaire, qui améliore le taux de consommation de combustible (le nombre de kilomètres parcourus par litre de combustible) et facilite le réglage d'un dispositif d'alimentation en combustible tel qu'un carburateur. Un but secondaire de l'invention est de réaliser un dispositif d'admission pour moteur à combustion interne comportant un conduit d'admission secondaire, tel que la force du tourbillon de gaz dans la chambre de combustion soit suffisante pour -2- améliorer la limite de combustion de mélange pauvre pendant le recyclage des gaz, en améliorant ainsi le taux de consommation de combustible. Le but principal de l'invention est atteint par une caractéristique de l'invention, suivant laquelle la quantité d'air qui doit être fournie à la chambre de combustion par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire est de moins de 40%, et de préférence comprise entre 10 et 40% ou encore mieux entre 20 et 30%, de la quantité totale de l'air fourni à la chambre de combustion. Par ailleurs, le but secondaire de l'invention est atteint en fixant la section efficace du conduit d'admission secondaire à l'extrémité de sortie de celui-ci à une valeur de 0,2 à 3,0% de la section du conduit d'admission principal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaUtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la Fig. 1 est une vue schématique montrant une forme de réalisation de l'invention; la Fig. 2 est un diagramme qui illustre les relations entre le-rapport liant la quantité d'air injecté par un conduit d'admission secondaire à la quantité totale de l'air admis à la chambre de combustion et le taux de consommation de combustible (km/1); la Fig. 3 est un diagramme illustrant la relation entre la quantité d'air injecté par le conduit d'admission secondaire et la vitesse du véhicule; la Fig. 4 est un diagramme illustrant la relation entre le rapport liant la section efficace du conduit d'admission secondaire à son extrémité de sortie à la section efficace du conduit d'admission principal et le taux de consommation de combustible; la Fig. 5 est un diagramme illustrant la -3relation entre le diamètre du conduit d'admission secondaire à son extrémité de sortie et le rapport air-combustible (A/C). Sur les dessins, et plus particulièrement sur la Fig. 1, on a représenté un moteur à combustion interne suivant l'invention. Le moteur comprend un cylindre 1, une culasse 2 et un piston 3 qui délimitent ensemble une chambre de combustion 4 dans laquelle débouche un conduit d'admission principal 5. Ce conduit d'admission principal 5 s'étend d'un orifice d'admission 6 formé dans la culasse 2, jusqu'à un filtre à air 9, en passant par une tubulure d'admis- sion 7 et un carburateur 8 à double corps qui assure la fonction d'un dispositif d'alimentation en combustible. L'extrémité de sortie de l'orifice d'admission 6, c'est-à-dire l'extrénitâ ouverte dans la chambre de combustion 4 est équipée d'une soupape d'admission qui ouvre ou ferme l'orifice d'admission 6. Un orifice d'échappement 11 formé dans la culasse 2 peut être ouvert ou fermé par une soupape d'échappement 12. Les soupapes 10 et 12 s'ouvrent et se ferment sous l'action d'un mécanisme de commande qui comprend des ressorts de rappel 13 et 14, des cames 16 et 17 entraînées par un arbre à cames 15 et des culbuteurs 18 et 19, etc. de manière à être appliquées sur leurs sièges respectifs 20 et 21 lorsqu'elles sont fermées. Le moteur comporte un conduit d'admission secondaire 22 qui a une section efficace inférieure à celle du conduit d'admission principal 5. Le conduit d'admission secondaire 22 comprend un tube 22a formant buse d'injection qui est emmanché à force dans la culasse 2, une partie 22b formée dans le collecteur d'admission 7, une partie de passage 22c formée dans le corps 8a du carburateur 8 et deux branches ayant des extrémités d'entrée 22d et 22e dans la partie 22c -4- du passage et qui débouchent toutes deux dans la partie 8b du passage primaire formé dans le carburateur 8. Les deux extrémités d'entrées 22d et 22e sont espacées dans la direction de l'écoulement dans la partie 8b du passage. Plus précisément-, l'extrémité d'entrée 22d côté amont est toujours ouverte entre la partie 8c du passage principal qui forme venturi et le papillon principal 8d du carburateur 8 tandis que l'extrémité d'entrée 22e côté aval débouche en un point tel qu'elle est fermée par le papillon principal 8d dans sa position de fermeture (c'est-à-dire sa position de ralenti). Le tube 22a formant buse d'injection qui constitue la partie terminale de sortie du conduit d'admission secondaire est conformé de manière à présenter à son extrémité une buse de diamètre réduit. Le tube 22a est monté dans la culasse 2 de manière à déboucher immédiatement en amont de la soupape d'admission 10. De plus, le tube 22a est dirigé à peu- près dans la direction tangentielle de la paroi du cylindre de manière à engendrer dans la chambre de combustion 4 un tourbillon de gaz d'admission autour de l'axe du cylindre. Le sens du mouvement tourbillon- naire est déterminé de manière que les gaz d'admission s'écoulent vers l'orifice d'échappement 11 après avoir balayé une bougie d'allumage (non représentée). Les gaz. d'échappement sont recyclés du conduit d'échappement vers le conduit d'admission principal 5 ou le conduit d'admission secondaire 22 en passant par une valve de recyclage des gaz d'échap- pement. La construction du passage et de la valve de recyclage des gaz d'échappement peut être analogue à celle des organes de ce type qui sont connus dans la technique antérieure et on a donc omis de représenter ces organes sur les dessins. Dans le moteur à combustion interne suivant l'invention, pendant la course d'admission, dans 2491 150 -5- laquelle la soupape d'admission 10 est ouverte, la chambre de combustion 4 est alimentée en un mélange air-combustible distribué par le conduit d'admission principal 5 tandis qu'un gaz (qui contient au moins de l'air) est admis dans le conduit d'admission secondaire 22 pour être injecté dans la chambre de combustion 4. Sous l'effet de l'injection des gaz fournis par le conduit d'admission secondaire 22, le mélange aspiré dans la chambre de combustion 4 est animé d'un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe du cylindre 1, de sorte que la vitesse de combustion est accélérée. Suivant une forme de réalisation de l'invention, la quantité d'air qui doit être fournie à la chambre de combustion par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire 22 pendant la course d'admis- sion est inférieure à 40%, de préférence dans l'in- tervalle de 10 à 40% et encore mieux dans l'intervalle de 20 à 30% de la quantité totale d'air fournie à la chambre de combustion. Les positions des ouvertures et les sections efficaces des deux extrémités d'entrée 22d et 22e (plus spécialement de l'extrémité 22e) du conduit d'admission 22 sont déterminées par rapport au papillon 8d de manière à obtenir la proportion précitée d'air provenant du conduit d'admission secondaire, même lorsque le degré d'ouverture du papillon 8d est augmenté ainsi que la quantité totale d'air aspiré. En variante, on meut relier au conduit d'admission secondaire 22 une autre valve de réglage du débit pour atteindre la proportion précitée. 2491 150 -6- La raison pour laquelle le rapport des débits d'air est déterminé de la façon précitée sera exposée ci-après en regard des Figs. 2 et 3. La Fig. 2 illustre la relation entre le rapport d'air et le taux de consommation de combustible dans des conditions de conduite à 40 km/h-L, avec un calage de l'allumage qui abaisse au minimum le taux de consommation de combustible. Il ressort clairement de la Fig. 2 que le taux de consommation de combustible tend à être remarquablement amélioré jusqu'à ce que la quantité d'air fourni par l'intermédiaire du conduit d'admis- sion secondaire 22 (que l'on désignera plus brièvement dans la suite par "rapport d'air injecté") ait aug- mentéae 30%. Ensuite, il ne se produit pas d'améliora- tion du taux de consorimuation de combustible lorsque le rapport excède 30%. En pratique, un rapport de plus de % est préférable et un rapport de plus de 20% est encore plus souhaitable. D'un autre côté, la Fig. 3 illustre l'influence du rapport d'air injecté sur la vitesse du véhicule ( à la vitesse de 40 km/h-L) à la condition que le véhicule roule dans son rapport de transmission le plus élevé et o le calage de l'allumage abaisse la consommation de combustible à son niveau minimum. Même pour tous les rapports d'injection d'air, le réglage a été réalisé de manière que le combustible soit fourni par le carburateur 8 avec un débit identique pendant le fonctionnement au ralenti. Sur la Fig. 3, les variations du degré d'ouverture du papillon 8d qui sont nécessaires pour passer du fonctionnement au ralenti au fonctionnement normal à la vitesse de 40 km/h du véhicule sont en proportion inverse des valeurs S1 à S3 considérées, et on comprend que plus le rapport d'air injecté est grand, plus faibles sont les variations du degré d'ouverture du papillon 8d qui sont nécessaires pour atteindre une -7- variation déterminée de la vitesse du véhicule, c'est-à- dire que l'on doit modifier fortement le débit d'ali- mentation en combustible pour un petit changement du degré d'ouverture du papillon 8d et que le réglage du carburateur 8 devient impossible dans le cas d'un rapport d'air injecté supérieur à 40%. On peut donc dire qu'en ce qui concerne le réglage du carburateur, le rapport d'air injecté ne doit pas être de plus de % et que moins de 30% est préférable. Si l'on considère à la fois la relation précitée entre l'amélioration du taux de consommation de combustible, qui est indiqué sur la Fig. 2 et la possibilité de réglage du carburateur 8 il ressort également qu'il est souhaitable que le rapport d'air injecté soit de moins de 40%, de préférence de 10 à % et, de façon encore plus souhaitable, de 20 à 30%. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la section efficace de la pointe du tube 22a formant buse d'injection qui a été mentionnée plus haut est fixée dans une plage de 0,2 à 3,0% de celle de l'orifice d'admission 6 et le diamètre de la pointe du tube 22a est de préférence de 1,5 à 2,5 mm. En fixant la section efficace de l'extrémité de sortie du conduit d'admission secondaire de la façon indiquée, on améliore la limite combustion du mélange pauvre et, en d'autres termes, on peut assurer une combustion stable, même avec un rapport air-combustible plus élevé que dans la technique antérieure. Cet effet de l'invention est représenté sur la Fig. 4. L'effet résultant de la construction dans laquelle le diamètre de l'extrémité de sortie du conduit d'admission secondaire 22 est fixé entre 1,5 et 2,5 mm est représenté sur la Fig. 5. Sur la Fig. 4, un gros point noir indique la consommation de combustible d'un moteur existant et des cercles correspondent au moteur suivant l'invention. La Fig. 5 illustre les - 8 - resultats mesurés dans les conditions dans lesquelles le rapport de l'air injecté par le conduit d'admission secondaire 22 est maintenu constant dans des conditions de roulement qui correspondent à la circulation en ville. La raison pour laquelle la section efficace du conduit d'admission secondaire 22 à l'extrémité de sortie de ce passage exerce une forte influence sur la limite de combustion du mélange pauvre semble provenir du phénomène suivant. Plus spécialement, il y a une limite fixe au débit de gaz qui doit être aspiré dans la chambre de combustion en provenance du conduit secondaire d'admission 22 pendant la course d'admis- sion sous l'effet de la dépression développée dans la chambre de combustion 4. Si l'on diminue la section efficace du conduit d'admission secondaire, à son extrémité de sortie, on accélère la vitesse d'injection tandis qu'on diminue la quantité de gaz injecté par le conduit d'admission secondaire. Il se produit un phénomène inverse lorsqu'on augmente la section efficace. En outre, on considère que la section efficace plus large de l'orifice d'admission 6 sert à diffuser le gaz injecté en provenance du conduit d'admission secondaire 2, en exerçant ainsi une forte influence. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation précises qui ont été décrites. Par exemple, on peut utiliser comme dispositif d'alimentation en combustible en remplacement du carburateur un dispositif du type à injection commandé électriquement. Par ailleurs, le conduit d'admission secondaire peut avoir son extrémité d'entrée ouverte en un point approprié, par exemple reliée à l'atmosphère. -9- - REVENDICATIONS - 1. Moteur à combustion interne comprenant un conduit d'admission principal (5) relié à un dispositif (8) d'alimentation en combustible et adapté pour être ouvert ou fermé par une soupape d'admission (10); et un conduit d'admission secondaire (22) prévu séparément du conduit d'admission principal (5) pour injecter un gaz dans une chambre de combustion (4) pendant la course d'admission, de manière à engendrer ainsi un mouvement tourbillonnaire dans les gaz admis dans ladite chambre de combustion, ce moteur étant caractérisé en ce que la quantité d'air fourni à la chambre de combustion (4) par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire (22) est de moins de 40% de la quantité totale de l'air fourni à la chambre de combustion. 2. Moteur à combustion interne suivant la revendication t, caractérisé en ce que la quantité d'air fourni à la chambre de combustion (4) par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire (22) représente de 10 à 40% de la quantité totale d'air envoyé à la chambre de combustion. 3. Moteur à combustion interne suivant la revendication T, caractérisé en ce que la quantité d'air fourni à la chambre de combustion (4) par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire représenté est de 20 à 30% de la quantité totale de l'air distribué à ladite chambre de combustion. 4. Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'alimentation en combustible comprend un carburateur (8), ledit conduit d'admission secondaire (22) comportant deux orifices d'entrée (22d et 22e) respectivement amont et aval, qui débouchent dans un passage (8b) du carburateur et sont espacés l'un de l'autre dans le sens de l'écoulement dans le passage - 10 - du carburateur de manière que l'extrémité d'entrée côté amont soit toujours ouverte sur le passage du carburateur, entre un Venturi et un papillon (8d) du carburateur tandis que l'extrémité d'entrée côté aval débouche en un point o elle est fermée par le papillon (8d) dans les conditions de ralenti. 5. Moteur à combustion interne comprenant un conduit d'admission principal (5) relié à un dispositif d'alimentation en combustible et adapté pour que son extrémité ouverte débouchant dans une chambre de combustion (4) soit ouverte ou fermée par une soupape d'admission (10), et un conduit d'admission secondaire (22) prévu séparément du conduit d'admission principal et dont l'extrémité de sortie débouche directement en amont de ladite soupape d'admission, ce moteur étant caractérisé en ce que la section efficace du conduit d'admission secondaire, à son extrémité ouverte, est de 0,2 à 3,0% de la section dudit conduit d'admission principal. 6. Moteur à combustion interne suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de l'extrémité de sortie du conduit d'admission secondaire est de 1,5 à 2,5 mm. 7. Moteur à combustion interne suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie dudit conduit d'admis- sion secondaire est constituée par un tube formant buse d'injection qui est montée dans la culasse (2). 8. Moteur à combustion interne comprenant: A) une chambre de combustion (4) délimitée par un cylindre (1), un piston (3) et une culasse (2); B) un carburateur (8) constituant un dispositif pour mélanger un combustible avec de l'air et fournir le mélange air-combustible résultant à la chambre de combustion (4) par l'intermédiaire d'un conduit d'admission principal (5), ce carburateur comprenant - T2 - un corps principal qui comporte un Venturi (8c) et un papillon principal (8d) et un corps secondaire compre- nant un Venturi secondaire et un papillon secondaire; et C) un conduit d'admission secondaire (32) prévu séparément du conduit d'admission principal (5) pour injecter des gaz dans la chambre de combustion pendant la course d'admission du piston de manière à engendrer un tourbillon dans les gaz d'admission à l'intérieur de la chambre de combustion, en améliorant ainsi leur vitesse de combustion, ce moteur étant caractérisé en ce que l'extrémité de sortie du conduit d'admission secondaire est situdedans le conduit d'admission principal en un point situé directement en amont de la soupape d'admission (10), la quantité d'air fournie à la chambre de combustion par l'intermédiaire dudit conduit d'admission secondaire (22) étant de moins de 40% de la quantité totale de l'air fourni à cette chambre de combustion, la section du conduit d'admission secondaire au niveau de son extrémité ouverte étant de 0,2 à 3-,0% de la section du conduit d'admission principal, et le diamètre intérieur de l'extrémité de sortie dudit conduit d'admission secondaire étant de 1,5 à 2,5 mm. 9. Moteur à combustion interne suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité d'air fourni à la chambre de combustion (4) par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire (22) est de 10 à 40% de la quantité totale d'air fourni à ladite chambre de combustion. 10. Moteur à combustion interne suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité d'air fourni à la chambre de combustion par l'intermédiaire du conduit d'admission secondaire est de 20 à 40% de la quantité totale d'air fourni à ladite chambre de combustion.