Brevet FR2529950A1 — publié le 19840113

La présente invention concerne un appareil pour refroidir l'air de combustion aans des moteurs à combustion interne et en particulier concerne un système d'injection d'eau pour moteurs suralimentés par turbo- compresseur. Lorsque des moteurs à combustion interne fonctionnent avec un turbo-compresseur de suralimentation, l'air de combustion est chauffé par le travail d'expansion à mesure qu'il est comprimé Divers systèmes ont été fournis pour refroidir cet air car on a noté que l'air de combustion plus froid réduit la détonation L'air refroidi à l'eau permet un plus grand développement de puissance parce que l'air froid a une plus grande densité et une plus grande teneur en oxygène disponible pour la combustion d'une charge de carburant. Le refroidissement est obtenu actuellement par divers dispositifs comprenant des injecteurs qui fonctionnent de façon continue durant l'accélération d'un moteur ou des systèmes de pression qui sont sensibles à la pression du collecteur d'admission Malheureusement, ces deux systèmes ont des caractéristiques indésirables du fait qu'il est possible d'injecter de l'eau ou un autre réfrigérant à un moment o ce n'est pas nécessaire, ce qui diminue les performances du moteur Ceci existe par exemple après que l'accélération a démarré et a été interrompue ensuite momentanément Durant l'interruption, l'eau continue quelquefois à être injectée même si l'ali- mentation en carburant a été arrêtée. Un autre défaut des systèmes d'injection d'eau courants pour moteurs suralimentés par turbo-compresseur est qu'ils sont trop complexes, sont difficiles à installer et nécessitent une multiplicité de pièces-ainsi qu'une surveillance constante pour qu'on puisse garantir qu'ils fonctionnement correctement. La présente invention a pour but de fournir un appareil d'injection de réfrigérant pour moteurs à combustion interne suralimentés par turbocompresseur dans lequel le réfrigérant est injecté pour refroidir le mélange carburant-air seulement aux moments nécessaires, c'est-à-dire lorsque le moteur est en cours d'accéléra- tion. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil permettant d'injecter du réfrigé- rant dans le mélange carburant-air fourni au turbo- compresseur de suralimentation destiné à un moteur à com- bustion interne qui utilise la pression produite par le turbo-compresseur durant l'accélération du moteur. Les buts de la présente invention sont atteints au moyen d'un appareil d'injection de réfrigérant compor- tant un réservoir de stockage d'un réfrigérant liquide qui est relié du côté de la sortie d'un turbo-compresseur de suralimentation, c'est-à-dire le collecteur d'admission du moteur,par l'intermédiaire d'une valve d'arrêt qui permet au réservoir d'être sous pression lorsque la pres- sion dans le collecteur atteint un niveau prédéterminé. Ceci provoque l'éjection du réfrigérant liquide hors du réservoir à travers un passage d'alimentation vers le côté d'entrée du turbocompresseur de suralimentation, par exemple au niveau du carburateur pour refroidir le carbu- rant avant qu'il soit soumis à une compression L'appareil d'injection de réfrigérant est muni d'un dispositif de commande sensible à la pression du collecteur d'admission du côté de sortie du turbo-compresseur de telle manière que lorsque la pression du collecteur descend en dessous d'un niveau prédéterminé et que le refroidissement du car- burant n'est plus nécessaire, on empêche toute éjection additionnelle de réfrigérant Dans une forme de réalisa- tion de la présente invention, le dispositif de commande est une membrane sensible à la pression qui entre en contact et interrompt le contact avec un orifice faisant communiquer le réservoir et l'atmosphère, de manière à relâcher la pression dans le réservoir pour empêcher toute éjection supplémentaire de réfrigérant Dans une autre forme encore de réalisation de la présente invention, le réservoir est mis sous pression durant certaines périodes lorsque le turbo-compresseur fournit une pression positive et que l'éjection a lieu par les effets de pressions supérieures et inférieures à un niveau prédéterminé de manière à ouvrir et à fermer respectivement une soupape commandant l'éjection du réfrigérant liquide hors du réservoirqui reste positive- ment chargée mais n'est pas capable de décharger du réfri- gérant sauf lorsque des pressions sont supérieures à un niveau prédéterminé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement-de la description détaillée qui va suivre de plusieurs formes de réalisation, et qui est faite à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin, sur lequel la figure 1 est une vue schématique d'un appareil pour injecter du réfrigérant dans un système d'alimentation en carburant d'un moteur suralimenté par turbo-compresseur; et la figure 2 est une vue -schématique d'une autre forme de réalisation de la présente invention. Si l'on se réfère au dessin, on voit un appareil permettant d'injecter du réfrigérant; il est désigné de façon générale Par le numéro de référence 10 et on le voit utilisé avec un moteur à combustion interne 12 équipé d'un turbo-compresseur de suralimentation 14. Le turbo-compresseur 14 comprend un compres- seur 16 recevant une charge d'air et de carburant d'un carburateur 18 et il fournit cette charge à une pression plus élevée au collecteur d'admission 20 communiquant avec le côté d'admission du moteur 12 Le compresseur 16 du dispositif de suralimentation est commandé par une turbine 22 entraînée en rotation par le débit de gaz d'échappement provenant du moteur 12 L'injecteur de ré- frigérant 10 comporte un réservoir 26 qui est placé en communication avec le carburateur 18 au moyen d'une conduite d'alimentation 28 et d'un injecteur 30 Le réfri- gérant sort du réservoir 26 à cause de la pression de la manière décrite ci-dessous, par l'injecteur 30 qui comporte une soupape 32 soumise à l'action d'un ressort 34 qui la pousse vers une position de fermeture et qui est suffisamment robuste pour maintenir la conduite d'ali- mentation 28 à moins qu'une pression positive soit dévelop- pée dans le réservoir 26 La soupape d'injecteur 32 est normalement fermée lorsque le moteur ne fonctionne pas pour empêcher toute fuite de réfrigérant_ Le réservoir 26 comporte un couvercle 36 relié amoviblement à la partie supérieure du récipient formant le réservoir 26 Le couvercle 36 est constitué par un boîtier supérieur 38 et un boîtier inférieur 40 qui agissent de manière à permettre le montage d'éléments de commande 41 comprenant un élément formant membrane 42 serré entre eux Le boîtier inférieur 40 forme un passage axial 44 dont une extrémité communique avec le réservoir 26 tandis que l'autre forme un-siège de soupape annulaire 46 qui, dans la position illustrée, est fermé par une partie de la membrane 42 Dans la position fermée du siège de soupape 46, il est isolé d'une chambre annulaire 48 formée autour du siège de soupape annulaire 46 et communi- quant avec l'atmosphère au moyen d'un passage 50 et d'un tube 52 La membrane 42 est poussée vers sa position de fermeture sur le siège annulaire de soupape 46 au moyen d'un ressort hélicoïdal 54 dont une extrémité repose à une extrémité d'une cavité 56 du boîtier supérieur 38, tandis que l'autre extrémité agit contre la membrane 42. La cavité 56 communique au moyen d'un passage 68 avec un orifice 60 et une conduite 61 de manière à être reliée au collecteur d'admission 20 L'intérieur du réservoir 26 communique par un passage 62 et une cavité 64 avec un passage de dérivation 65 vers un passage 58 formé dans les boîtiers 38 et 40 La cavité 64 contient une soupape d'arrêt à bille 66 qui est maintenue dans une position assise sur le siège par un ressort 68. En fonctionnement, lorsque le moteur 12 a démarré, les gaz d'échappement résultants entraînent la turbine 22 et l'air et le carburant d'induction ou d'admission provenant du carburateur 18-passent à travers le compresseur 16 vers le collecteur d'entrée 20 de telle manière que la pression dans ce dernier varie entre un vide par exemple de l'ordre de 67 k Pa et une pression positive de 41 ou 48 k Pa en fonction de la charge du moteur. Lorsque les pressions du collecteur sont inférieures à la pression atmosphérique, la membrane 42 est actionnée par la pression différentielle de la pression atmosphérique sur son côté inférieur qui s'oppose à la pression négative ou de vide sur son côté supérieur, de telle manière que la membrane 42 se déplace contre l'action du ressort héli- coldal 54 pour ouvrir le passage 44 vers le tube 52 et l'atmosphère Au même moment, la soupape d'arrêt à bille 66 est maintenue dans sa position fermée par le ressort 68. A mesure que la pression dans le collecteur 20 augmente, par exemple, lors de l'accélération du moteur 12 et que la pression dans le collecteur 20 devient positive ou bien supérieure à la pression atmosphérique, la membrane 42 se ferme sur le siège annulaire de soupape 46 et la sou- pape d'arrêt à bille 66 s'écarte du siège pour placer le réservoir 26 en communication avec le collecteur d'admis- sion 20 De cette manière, le réservoir 26 est sous pression. Lorsque la pression dans le réservoir 26 atteint un niveau prédéterminé, par exemple 27 k Pa, qui est déterminé par la force du ressort 54, le réfrigérant sous pression dans le réservoir 26 fait que la soupape 32 d'injecteur s'écarte du siège contre l'action élastique du ressort 34, si bien que le réfrigérant est injecté dans le carburateur 18 Cette injection continue tant que le collecteur 20 est maintenu à une certaine pression supérieure à la pres- sion prédéterminée Si cependant le moteur 12 subit une décélération de manière à abaisser la pression dans le col- lecteur 20 en dessous du niveau prédéterminé, la membrane 42 se déplace instantanément vers une position ouverte pour ouvrir le siège annulaire de soupape 46 et le passage 44 vers la chambre 48 continuellement maintenue à la pression atmosphérique à travers le passage 50 et le tube 52. Ceci fait en sorte que le réservoir 26 a sa pression interne abaissée à la pression atmosphérique, et provoque un mouvement de la soupape d'injecteur 32 vers sa position de fermeture De cette manière, l'appareil d'injection est mis instantanément dans une condition de non- fonctionnement de telle manière que du réfrigérant addi- tionnel n'est pas injecté dans le carburateur à un moment o il n'est pas nécessaire, ce qui provoquerait éven- tuellement l'endommagement du moteur ou bien un fonctionne- ment non efficace. Pendant le fonctionnement du moteur 12, le réservoir 26 est mis sous pression de manière à actionner l'injecteur 30 lorsque la sortie du compresseur 16 est une pression positive supérieure à une valeur prédéterminée et désactive l'injecteur lorsque le moteur 12 subit une décélération et que la pression descend en dessous du niveau prédéterminé De cette manière, du réfrigérant est injecté seulement lorsqu'il est nécessaire pour refroidir le mélange chaud de carburant et d'air se trouvant dans le collecteur 20 avant fourniture au moteur 12. Lorsque le moteur 12 est arrêté, la pression dans le collecteur d'entrée 20 devient la pression atmos- phérique et la soupape d'arrêt 66 et la membrane 42 retournent vers leur position assise, l'intérieur du réservoir 26 étant alors à la pression atmosphérique Ceci, de mêre que la fermeture de la soupape d'injecteur 32, empêche que du réfrigérant ne s'échappe du réservoir 26. Avec l'appareil d'injection 10 tel qu'il est montré à la figure 1, le réservoir 26 a sa pression relâchée chaque fois que la pression positive dans le collecteur 20 est inférieure à un niveau de pression pré- déterminé, ce qui relâche le réservoir 26 et les pièces associées des charges de pression et accrott la longévité de ces pièces en évitant la possibilité que du réfrigérant ne s'échappe par fuite dans le système d'alimentation en carburant du moteur Le niveau prédéterminé de pression est établi par les caractéristiques du ressort 54. Si l'on se réfère désormais à la figure 2, on voit une autre forme de réalisation de la présente invention sous la forme d'un appareil pour refroidir l'air de combustion du moteur à combustion interne; il est désigné généralement par le numéro de référence 80 L'appa- reil d'injection 80 peut être connecté à un moteur à combustion interne 12 de la même manière' que la forme précédente de réalisation de l'invention Dans ce but, l'appareil d'injection 80 est muni d'un orifice 82 qui peut être relié au conduit 51 de la figure 1 et un orifice de sortie 84 qui peut être relié au conduit d'alimentation 28 comme le montre la figure 1. L'appareil d'injection 80 comporte un réservoir é 6 qui agit de manière à maintenir le réfrigérant à injecter sur le côté de carburateur 18 ou I'entrée du compresseur 16. Le moyen de commande permettant la régulation- de l'injection du réfrigérant est désigné par le nunéro de réfé- rence 88 et il est loué dans le réservoir 86 Le moyen de commande 88 comporte un orifice de commande 90 qui est relié au collecteur d'entrée 20 de la figure 1 de manière que la pression à l'orifice 90 reflète les conditions de pression du collecteur 20 Le moyen de commande 88 comprend un tiroir 92 qui est poussé à l'aide d'un ressort 94 vers la position montrée à-la figure 2 Le tiroir 92 est disposé dans une cavité 96 dont une extrémité communique avec l'orifice 90, tandis que l'autre extrémité s'ouvre vers l'atmosphère à travers l'orifice 97 Le tiroir 92 coulisse dans la cavité 96 et il est étanche par rapport à celle-ci grâce à des bagues toriques 98 Dans la gamme complète de mouve- ment du tiroir 92, les bagues toriques-98 sont disposées vers des côtés opposés d'un passage 100 entre la cavité 96 et l'intérieur du réservoir 86 Dans la position illus- trée, l'orifice 84 et le passage 100 sont fermés par une portion 102 du tiroir 92 Lorsque l'orifice 90 est soumis à une pression positive prédéterminée dans l'orifice , le tiroir 92 est déplacé vers le haut contre la force de la pression atmosphérique au niveau de l'orifice 97 et la résistance du ressort 94 de manière à déplacer la portion 102 pour qu'elle dévie de son alignement avec le passage 100 et l'ori- fice 84 afin de placer l'intérieur du réservoir 86 en communication avec l'orifice 84 à travers une gorge annulaire 104. Le réfrigérant du réservoir 86 est mis sous pression par l'orifice 82 qui communique avec une soupape d'arrêt à bille 106 maintenue normalement dans une position fermée par un ressort 108 La soupape d'arrêt 106 se déplace vers une position ouverte en présence du niveau de pression positive prédéterminé dans le collecteur 20 pour mettre en pression également l'intérieur du réservoir 86. Le fonctionnement de la forme de réalisation de l'invention de la figure 2 ressemble à celui de la forme de réalisation de la figure 1 du fait que du réfrigérant est injecté dans le mélange d'air et de carburant au niveau du carburateur 18 en amont du compresseur 16 lorsque la pression dans le collecteur 20 atteint un niveau de pression positive prédéterminé, par exemple 27 k Pa Lorsque la pression est inférieure à ce niveau, la portion 102 ferme l'orifice aligné 84 et le passage 100 pour empêcher que. du réfrigérant sous pression ne s'échappe davantage Ce niveau de pression prédéterminé résulte de la force du ressort 94. Dans cette forme de réalisation de la présente invention, le réservoir 86 reste sous pression même après que le moteur est arrêté du fait qu'il est prêt pour l'injection d'un réfrigérant lorsque le moteur redémarre pour le cas o du réfrigérant serait nécessaire. REVENDICATIONS 1 Appareil pour injecter du réfrigérant dans le mélange carburant-air fourni à un compresseur ( 14) d'un moteur ( 12) suralimenté par turbo-compresseur, carac- térisé en ce qu'il comprend un réservoir ( 26) stockant un réfrigérant liquide, un moyen de passage reliant le réservoir ( 26) au côté de sortie d'un turbo-compresseur de suralimentation ( 16), des moyens formant soupape ( 32) se trouvant dans le passage et fonctionnant en réponse à une pression positive du côté de sortie du compresseur ( 16) de manière à mettre en pression le réservoir ( 26) pour en soutirer du réfrigérant, un passage d'alimentation ( 28) entre le réservoir ( 26) et le côté d'entrée du compres- seur pour fournir du réfrigérant provenant du réservoir, et un dispositif de commande ( 41) sensible à un niveau pré- déterminé du côté de sortie du compresseur de manière à placer le réservoir en communication avec le côté d'entrée du compresseur et sensible à une pression inférieure à la pression prédéterminée de manière à interrompre l'alimen- tation de réfrigérant du réservoir ( 26) au côté d'entrée du compresseur. 2 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens formant soupape sont constitués par une soupape d'arrêt à une direction ( 32) permettant la communication entre le côté de sortie du compresseur et le réservoir ( 26). 3 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de commande ( 41) comprend un élément mobile ( 42) sensible à une pression différen- tielle constituée par la pression atmosphérique d'un côté de l'élément mobile et la pression du côté de sortie du compresseur ( 16) qui communique avec l'autre côté de l'élément mobile. 4 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de commande ( 41) est sensible à une pression inférieure à la pression prédéterminée à la sortie du compresseur de manière à maintenir le réservoir ( 26) fermé à la pression atmosphérique lorsque la pression sur le côté de sortie du compresseur est à la pression prédéterminée et de manière à ouvrir le réservoir à la pression atmosphérique lorsque la pres- sion à la sortie du compresseur est inférieure à ladite pression prédéterminée. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de commande ( 41) est sensible à une pression égale à la pression prédéterminée de manière à ouvrir le passage d'alimentation ( 28) allant du réser- voir au côté d'entrée du compresseur pour fournir du réfrigérant. 6 Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le dispositif de commande comprend un élément qui peut coulisser entre une première et une seconde positions de manière à fermer et ouvrir le passage d'ali- mentation ( 28). 7 Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le dispositif de commande comprend une membrane ( 42) ayant une partie qui peut être mise en contact avec un siège de soupape ( 46) commandant la communication entre le réservoir ( 26) et l'atmosphère. 8 Appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le moyen de passage comprend des moyens formant soupape isolant le côté de sortie du compresseur par rapport au réservoir lorsque ce dernier est à la pression atmosphérique.