Brevet FR2549528A1 — publié le 19850125

DISPOSITIF D'INJECTION D'AIR A COMMANDE FLUIDIQUE EN PHASE A L'ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection d'air en phase à l'échappement pour un moteur à combustion interne. On sait que l'injection d'air dans les conduits d'échappement d'un moteur à explosion, de telle façon qu'il se mélange aux gaz d'échappement, permet d'obtenir une oxydation subséquente, dans les gaz d'échappement eux-mêmes, de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures non brûlés ; il en résulte une réduction de 1' émis- sion de gaz délétères dans l'atmosphère par le moteur Pour favoriser l'oxydation, il y a intérêt à ce que les gaz soient encore très chauds ; pour cette raison, il est opportun d'injecter l'air, dans chacun des conduits d'échappement ménagés dans la tête du moteur, dans une région très proche de la soupape d'échappement. Par ailleurs, on sait également que l'émission de gaz délétères peut être encore réduite si l'on effectue l'injection d'air non pas sous forme continue, mais de façon intermittente, convenablement synchronisée par rapport aux phases d'échappement des différents cylindres ; de cette façon, on peut réaliser une économie d'air, donc une diminution dans les dimensions de la pompe à air et dans la puissance requise pour entraîner celle-ci. La présente invention a pour objet un dispositif permettant de réaliser une telle injection intermittente en phase, ce dispositif utilisant les bouffées d'échappement de chacun des différents cylindres. Il y a effectivement intérêt à ce que l'air qui provient d'une pompe par un conduit sous pression soit injecté dans le conduit approprié durant la phase d'échappement du cylindre ctest pourquoi en même temps que la soupape d'échappement s'ouvre pour permettre la sortie des gaz après combustion dans le cylindre par le conduit d'échappement, elle provoque 1' intro- duction dans le conduit d'échappement lui-même d'un afflux d'air provenant de la pompe. Lorsque la soupape d'échappement se ferme, le débit d' air diminue automatiquement dans de fortes proportions. La tendance actuelle d'utiliser des réglages de carburationrelativement pauvres ne favorise pas l'efficacité de la postcombustion. Dans ces conditions, le débit d'air injecté doit être adapté avec précision au débit du moteur, afin, par exemple, de ne pas provoquer un "figeage" des espèces chimiques par refroidissement brutal dû à un excès de débit d'air, ce qui était souvent le cas avec les systèmes comportant une pompe à air, particulièrement aux faibles charges. La technique connue d'apport d'air par effet d'aspiration naturelle,mettant à profit l'existence des pulsations à l'échappement à l'aide de valves à lames vibrantes, n'est pas intrinsèquement adaptée ; le débit d'air dépend fortement dans ce cas d'un accord acoustique que l'on ne peut réaliser à l'optimum dans tout le domaine de fonctionnement.De plus, cette technique est caractérisée par un fractionnement des bouffées d'air et de gaz qui se succèdent sans que le mélange ne s'accomplisse dans la zone des hautes températures où pourrait s'amorcer la réaction, Les systèmes fondés sur l'utilisation d'une pompe à air sont, à priori, préférables, mais il est indispensable, si l'on veut exploiter rationnellement leurs possibilités, de pouvoir régler la proportion d ' air injecté en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, et en tout premier lieu de son débit, pour les raisons précédemment citées. Divers systèmes d'injection d'air cyclique fondés sur l'utilisation de distributeurs d'air mis en oeuvre par le mouvement des soupapes d'échappement ont été réalisés. La présente invention propose, pour remédier aux inconvénients précités, un système semblable permettant de synchroniser automatiquement l'injection d'air sur chaque cylindre à laide de dispositifs de commande de type "fluidique", sans recours à des organes mécaniques mobiles. A cet effet, et suivant une particularité de l'invention, ce dispositif d'injection d'air comporte un dispositif de distribution synchrone par cylindre constitué par - un conduit d'injection connecté à un répartiteur d'air et débou chant par un orifice d'injection dans un conduit d'échappement, à l'aval immédiat du siège d'une soupape, et - un boîtier de déviation dans lequel débouche un injecteur cons tituant une extrémité d'un conduit dont l'autre extrémité, en forme de prise dynamique ou d'écope, débouche dans le conduit d'échappement à l'aval immédiat du siège d'une soupape Suivant une autre particulatité de l'invention, la paroi du boîtier de déviation dans laquelle débouche cet injecteur fait un angle ss d'environ 7" avec la direction de l'écoulement d'air à 1' amont immédiat de ce boîtier Suivant une autre particularité de l'invention, le segment de droite joignant les extrémités amont et aval de ce boîtier de déviation forme avec la direction de l'écoulement d'air à l'amont immédiat de ce boîtier, un anglet( de 10 à 15". Suivant une autre particularité de l'invention, la bordure de raccordement amont de l'orifice d'injection dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement est plus proche de l'axe de la soupape que la bordure de raccordement aval de cet orifice, de manière à induire un effet d'aspiration dans le conduit d'injection. Ces particularités permettent de réaliser pour chaque cylindre une injection d'air cyclique synchronisée avec les mouvements d'ouverture de la soupape d'échappement. Un avantage essentiel obtenu par cette injection d'air en phase à l'échappement consiste en une meilleure efficacité de l'effet de post-combustion grâce à une utilisation rationnelle du débit d'air injecté dans une zone où la température est très élevée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatïf, et en regard du dessin annexé où la figure unique représente schématiquement un dispositif d'injection d'air conforme à l'invention. D'un moteur à combustion interne équipé de ce dispositif d'injecté tion d'air, seuls des soupapes 1 et 1', des conduits d'échappement 2 et 2' et des portions de chambres de combustion 3 et 3' de deux cylindres contigus ont été représentés sur la figure unique. Ce dispositif d'injection comporte un conduit d'amenée d'air 4, muni d'un clapet anti-retour non représenté et un répartiteur d'air 5, communs à tous les cylindres ou à chaque groupe de cylindres, et un dispositif de distribution synchrone D pour chacun des cylindres. Chacun des dispositifs de distribution comprend - un conduit d'injection 6 connecté au répartiteur d'air 5 et dé bouchant par un orifice d'injection 7 dans le conduit d'échappe ment 2, à l'aval immédiat du siège de la soupape 1 , et un boîtier de déviation 8 dans lequel débouche un injecteur 9 constituant une extrémité d'un conduit 10 dont l'autre extrémité 11, en forme de prise dynamique ou d'écope, débouche dans le conduit 2 à 1 'aval immédiat du siège de soupape. Le fonctionnement de ce dispositif d'injection d'air est décrit ci-après. L'orifice d'injection 7 est conçu de façon à créer un effet d'aspiration dans le conduit 6, induit par décollement des bouffées de gaz d'échappement au niveau de la lèvre amont 70 de cet orifice relativement au sens d'écoulement. Au niveau du boitier de déviation 8, le conduit 6 présente une section transversale carrée ou rectangulaire, et la paroi dans laquelle débouche l'injecteur 9 fait, de préférence, un angle P proche de 7" avec la direction de l'écoulement à l'amont immédiat du boîtier de déviation ; la zone de raccordement doit être réalisée avec soin, en évitant tout particulièrement les bavures qui pourraient engendrer un décollement de l'écoulement et réduire l'efficacité du dispositif. L'angle o( formé par le segment de droite joignant les extrémités amont et aval du boîtier de déviation et la direction initiale de l'écoulement peut avoir une valeur comprise entre 10 et 15". En l'absence de bouffée de gaz d'échappement sur le cylindre considéré, donc lorsque la soupape l est fermée, ltécoulement d'air issu du répartiteur 5 a tendance à "coller" à la paroi du boîtier de déviation 8, et, suivant le profil de cette paroi, il crée un effet de striction intense au niveau de son extrémité aval ; l'écoulement ne peut être complètement bloqué, mais il-est très fortement réduit. A l'ouverture de la soupape, une partie des gaz expulsés du cylindre, captée par la prise il est injectée dans le boîtier de déviation et provoque le décollement et la déviation de 1 'écoule- ment d'air à partir de l'extrémité amont du boîtier de déviation, ce qui a pour effet de réduire considérablement la striction de 1 'écoulement au niveau de la partie aval. Par cette disposition, on peut réaliser une modulation du débit d'air dans un rapport de 3 à 5 , avec un débit de commande de l'ordre de 10 % du débit 1 d'air à contrôler. REVENDICA'PIONS 1. Dispositif d'injection d'air à commande fluidique en phase à l'échappement pour un moteur à combustion interne, du type comprenant notamment un conduit d'amenée d'air (4) muni d'un clapet antiretour, et un répartiteur d'air (5), communs à tous les cylindres ou à chaque groupe de cylindres, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de distribution synchrone (D) par cylindre constitué par - un conduit d'injection (6) connecté au répartiteur d'air (5) et débouchant par un orifice d'injection (7) dans un conduit d'échappement (2) à l'aval immédiat du siège d'une soupape (1), et - un boîtier de déviation (8) dans lequel débouche un injecteur (9) constituant une extrémité d'un conduit (lo) dont l'autre extrémité (11), en forme de prise dynamique ou d'écope, débouche dans le conduit d'échappement (2) à 1' aval immédiat du siège d'une soupape (1). 2. Dispositif d'injection d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du boîtier de déviation (8) dans laquelle débouche cet injecteur (9), fait un angle ss d'environ 7" avec la direction de l'écoulement d'air à - 1 'amont immédiat de ce boîtier. 3. Dispositif d'injection d'air selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le segment de droite joignant les extrémités amont et aval de ce boitier de déviation (8) forme avec la direction de 1' écoulement d'air à 1 'amont immédiat de ce boîtier, un angle 04 de 10 à 159. 4. Dispositif d'injection d'air selon 1 'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la bordure de raccordement amont (71) de l'orifice d'injection (7) dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement est plus proche de llaxe de la soupape (1) que la bordure de raccordement aval (72) de cet orifice. 5. Dispositif d'injection d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit d'injection (6) présente une section transversale rectangulaire.