Brevet FR2516984A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne un appareil pour commander l'introduction de carburant et d'air dans une tubulure d'admission d'un moteur à combustion interne. L'un des principaux problèmes qui se posent à l'industrie automobile moderne consiste à optimiser les rapports entre la consommation de carburant, la puissance fournie, les émissions à l'échappement et les coûts de fabrication des moteurs à combus- tion interne. On connatt et on utilise actuellement à grande échelle deux types d'appareils de carburation: le type à carburateur et le type à injection externe ou indirecte. Les appareils de ce dernier type possèdent un organe d'étranglement pour régler le débit d'air dans la tubulure d'admis- sion, au moins un injecteur de carburant à commande électronique installé en avalde l'organe d'étranglement d'air et un dispositif de commande électronique pour commander l'injecteur ou les injec- teurs de carburant en fonction de différentes grandeurs liées aux conditions de fonctionnement du moteur, telles que le débit d'air à l'admission et l'angle de rotation instantané (du vilebrequin) du moteur> généralement indiqué par l'arrivée aux positions de point mort haut, le dispositif de commande comprenant des capteurs pour détecter les différentes grandeurs, parmi lesquelles peuvent figurer aussi, par exemple, la vitesse de rotation du moteur et la température du fluide de refroidissement du moteur. L'appareil du type à injection externe possède certains avantages en ce qui concerne la consommation de carburant, la puissance fournie et les émissions à l'échappement mais il est plus coûteux à fabriquer Pour ce qui concerne ce dernier point, l'un des composants de l'appareil jouant un rôle important dans les coûts de fabrication est le capteur du débit d'air avec la partie corres- pondante du dispositif de commande Un tel capteur est cependant indispensable à la commande convenable de l'organe d'étranglement d'air (formé typiquement par un papillon) si un rapport air/carburant optimal doit être maintenu dans le but d'améliorer le rendement du moteur. 16984 L'invention vise à apporter un appareil de carburation perfectionné du type à injection externe qui, tout en conservant les caractéristiques de sûreté, de faible consommation de carburant et de puissance fournie propres à ce type d'appareil, soit d'un coût de revient bas et puisse être installé et entretenu rapidement et simplement. Selon l'invention, un tel appareil est essentiellement caractérisé en ce que l'organe d'étranglement d'air est une valve du type sonique à débit variable constituée par une tuyère du genre Venturi à profil prédéterminé et par un noyau obturateur tronco- nique, possédant également un profil prédéterminé, qui est disposé coaxialement dans la tuyère et est déplaçable axialement par rapport à celle-ci par la manoeuvre de l'organe de commande d'accéléra- teur du moteur, le capteur pour le débit d'air à l'admission étant un capteur de position sensible à la position du noyau dans la tuyère. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble d'un appareil de carburation selon l'invention, en partie en coupe axiale et en partie schématique; la figure 2 est une coupe axiale à plus grande échelle du corps formant tuyère de la valve d'admission d'air visible sur la figure 1; et la figure 3 est une coupe axiale à plus grande échelle du noyau obturateur de cette valve. Sur les dessins annexés, 1 désigne la culasse d'un moteur à combustion interne Il s'agit dans cet exemple d'un moteur à quatre cylindres en ligne, mais l'appareil de carburation selon l'invention est applicable aussi à des moteurs ayant un nombre diffé- rent de cylindres, lesquels peuvent également être disposés en V ou Etre opposés 16984 Bien entendu, dans ces deux derniers cas, il serait nécessaire de prévoir un appareil de carburation distinct pour chaque rangée de cylindres. La culasse 1 de l'exemple représenté possède intérieu- rement les conduits d'admission pour les différents cylindres, débouchant par une seule tubulure d'admission 2 Lorsqu'une telle disposition n'est pas prévue dans la culasse elle-même, elle peut bien entendu être réalisée par une tuyauterie externe. Sur la tubulure d'admission 2 est fixé un coude de raccor- dement 3, présentant dans sa partie supérieure un logement 4 pour un injecteur de carburant 5 de type connu et représenté schémati- quement. A l'autre extrémité du coude 3 est fixée, par des boulons 6, une valve d'étranglement d'air 38 de type sonique et à débit variable Cette valve possède un corps cylindrique 7 formant une tuyère axiale 8 ayant la forme d'une tuyère Venturi et dont les dimensions sont calculées pour conférer l'efficacité optimale au courant d'air ayant le débit prévu pour l'alimentation du moteur. Les dimensions indiquées ci-après pour la tuyère 8 s'appliquent à un exemple de réalisation déterminé; il va de soi que le diamètre de la tuyère doit 8 tre changé uniquement en fonction du débit d'air maximal que l'on désire obtenir, suivant le type du moteur en question. A partir du point de fixation au coude 3, la tuyère 8, voir également figure 2, possède un tronçon de 12 ma de longueur axiale d'un angle de 97 7,5 ' avec la perpendiculaire à l'axe de la tuyère 8, puis un tronçon de 10,5 mm à 95 26,47 '; un tronçon de 12,5 m à 920 17,44 '; un tronçon de 12,5 mm à 90 ; un tronçon de 12,5 à 87 42,56 '; un tronçon de 5 mm à 78 41,41 '; un tronçon de 17 mm à 750 36,63 '; et un tronçon de 3 mn à 28 36,63 '. La longueur totale de la tuyère 8 est donc de 85 mm. Le diamètre du bord extérieur du dernier tronçon de longueur axiale 3 mm a été calculé à 50 mm pour un moteur d'une cylindrée de 903 cm et d'une vitesse de rotation maximale de 5 600 tr/min. Dans le premier tronçon débouche un perçage 9 qu'un tuyau 10 relie à un régulateur de pression commandé par le système de commande de l'injecteur de carburant. Un noyau tronconique Il formant obturateur est disposé coaxialement dans la tuyère 8, avec son extrémité de petit diamètre dirigée vers le coude de raccordement 3. Les dimensions du noyau 11 sont également calculées en vue de l'obtention de l'efficacité optimale en combinaison avec le profil de la tuyère Venturi 8 La conformation et le dimensionne- ment du noyau l I de l'exemple représenté, voir en particulier la figure 3, sont comme suit L'extrémité de petit diamètre est formée par une portion cylindrique de 15 mm de long A cette portion extrême se raccorde une portion conique d'une longueur axiale de 90 mm, avec un grand diamètre de 30 mm à l'autre extrémité, dont la génératrice renferme un angle de 50 42,6 ' avec l'axe du noyau. Bien entendu, ces dimensions ont également été calculées pour un moteur à quatre cylindres du type indiqué Il va de soi que, si le diamètre de la tuyère 8 est changé, il sera également nécessaire de changer le diamètre du noyau 11, de manière à maintenir au moins à peu près les proportions indiquées. Le noyau Il possède un trou axial 12 qui s'étend sur une partie considérable de sa longueur et par lequel il est monté coulissant sur une broche 13 Celle-ci est montée sur l'axe de la tuyère 8 et possède un diamètre sensiblement égal au diamètre du trou 12 - La broche 13 est vissée dans un trou taraudé 14 du fond d'un chapeau cylindrique 15 fixé coaxialement au corps cylindrique 7 par une goupille 16 et des boulons 17. Le noyau Il peut être déplacé sur la broche 13 au moyen d'une tige 18 fixée par une extrémité à une pièce cylindrique creuse de liaison 19 coulissant sur la broche 13 et vissée dans l'extrémité de grand diamètre du noyau L'autre extrémité de la tige 18 fait saillie à l'extérieur à travers un trou du chapeau 15 et est articulée à un bras 21 monté lui-m 2 me oscillant sur le chapeau 15 par un axe 23 porté par le chapeau et traversant une fente 22 du bras. L'extrémité extérieuredu bras 21 est attachée au cable d'accélérateur 24 du moteur Ainsi, lorsque le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, il produit un déplacement correspondant du noyau obturateur 11 dans la tuyère 8. A la pièce de liaison 19 est fixée rigidement une seconde tige 25 dont l'autre extrémité fait saillie à l'extérieur à travers un trou 26 du chapeau 15 et est attachée rigidement à un bras 27 fixé à la tige d'actionnement 28 d'un capteur de position à résistance 29. Ce capteur fournit un signal représentatif de la position du noyau 11, donc aussi du débit d'air à l'admission La variation de la longueur de la tige 25 permet d'ajuster la position du capteur 29 correspon- dant au réglage du minimum. Un tuyau 31 dans lequel est incorporé un filtre 32 et qui sert à la prise d'air à l'atmosphère est bridé sur le chapeau 15 autour d'une lumière 30. L'injecteur de carburant 5 est commandé par un système électronique qui comprend un certain nombre de capteurs fournissant des indications représentatives de l'état de fonctionnement du moteur et comprenant dans cet exemple un capteur de température 33, un capteur de point mort haut 37 destiné à fournir une indication de l'angle de rotation instantané du moteur, un capteur à roue phonique 42 destiné à fournir une indication de la vitesse du moteur, ainsi que le capteur de débit d'air 29 combiné avec la valve d'air 38. Les capteurs sont connectés à une unité de commande électronique 40, de type conventionnel, qui commande le fonction- nement de l'injecteur de façon connue en fonction des signaux délivrés par les capteurs. L'injecteur 5 est également raccordé au système d'ali- mentation en carburant, comprenant un réservoir de carburant 53, un filtre à carburant 54 et une pompe 55 disposés en série. En aval de la pompe 55 se trouve un régulateur de pression 56 qui est raccordé au réservoir en vue du renvoi à celui-ci de carburant excédentaire Le régulateur de pression 56 est commandé par un signal venant, à travers l'unité de commande électronique 40, du capteur de position 29 de la valve d'étranglement d'air 38 à débit variable. La particularité 6 principale de la valve d'air 38 réside dans le fait qu'elle est une valve d'étranglement du type sonique, ce qui signifie qu'à chaque section du passage circulaire défini entre le profil extérieur du noyau 11 et le profil intérieur du corps 7 correspond un débit d'air déterminé, tout au moins dans la- plage de fonctionnement normal du moteur Cela veut dire que, dans le dispositif représenté, le débit d'air peut être déterminé à chaque instant par un simple capteur de position à résistance 29 attelé au noyau 11 de la valve et indiquant en permanence la position de celui-ci. R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil pour commander l'introduction de carburant et d'air dans une tubulure d'admission d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur fonctionnant selon le cycle Beau de Rochas, appareil qui possède un organe d'étranglement d'air pour régler le débit d'air dans la tubulure d'admission, au moins un injecteur de carburant à commande électronique installé en aval de l'organe d'étranglement d'air et un dispositif de commande électronique pour commander l'injecteur ou les injecteurs de carbu- rant en fonction de différentes grandeurs de fonctionnement du moteur, comprenant le débit d'air à l'admission et l'angle de rota- tion instantané du moteur, le dispositif de commande électronique comprenant des capteurs pour détecter les différentes grandeurs, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement d'air est une valve ( 38) du type sonique à débit variable constituée par une tuyère ( 8) du genre Venturi à profil prédéterminé et par un noyau obturateur tronconique ( 11) , possédant également un profil prédéterminé, qui est disposé coaxialement dans la tuyère ( 8) et est déplaçable axialement par rapport à celle-ci par la manoeuvre de l'organe de commande d'accélérateur du moteur, le capteur pour le débit d'air à l'admission étant un capteur de position ( 29) sensible à la position du noyau ( 11) dans la tuyère ( 8). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère ( 8) du genre Venturi possède une longueur totale de 85 mm et comporte un premier tronçon de 12 mm de longueur axiale d'un angle de 97 7,5 ' avec la perpendiculaire à l'axe de la tuyère ( 8), suivi par un tronçon de 10, 5 mm à 95 26,47 '; un tronçon de 12,5 mm à 92 17,44 '; un tronçon de 12 e 5 mm à 90 ; un tronçon de 12,5 mm à 87 42,56 '; un tronçon de 5 mm à 78 41,41 '; un tronçon de 17 ma à 73 36,631; et un tronçon de 3 mm à 28 36,63 '. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le noyau obturateur tronconique ( 11) possède une longueur totale de 105 mm, dont 15 mm sont de forme cylindrique et 90 e de forme conique, la génératrice de la portion conique faisant un angle de 5 42,6 ' avec l'axe du noyau ( 11). I 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre du bord extérieur du dernier tronçon de 3 mm de long de la tuyère ( 8) est de 50 mm et le diamètre du grand bout de la portion conique du noyau ( 11) est de 30 mm.