Brevet FR2567965A1 — publié le 19860124

L'invention concerne un système d'admission pour un moteur à combustion interne à mélange comprimé, avec un injecteur de carburant disposé dans le circuit d'admission et un élément chauffant monté en aval de l'injecteur afin de réchauffer le mélange d'air et de carburant avant son entrée dans les cylindres. Dans un système d'admission connu de ce type (demande de brevet allemand DE-23 06 362), le carburant délivré par un injecteur passe, dans une chambre auxiliaire du circuit d'admission, par un tamis chauffé, et il est vaporisé. A l'aide d'un flux partiel d'air amené dans la chambre auxiliaire, le carburant vaporisé est mélangé à l'air de combustion qui s'écoule dans le circuit d'admission. Attendu que le flux d'air de combustion atteint pas le tamis, il y a un risque que, en présence d'air de com- bustion froid, la vapeur de carburant mélangée se condense à nouveau.Ce risque est encore accru par le fait que le mélange de la vapeur de carburant s'effectue uniquement à l'aide du flux partiel d'air de combustion qui 51 écoule directement devant et à l'extérieur de l'embouchure de la tubulure, et qui est en contact avec la paroi du conduit d'admission, de sorte que le carburant peut se précipiter sous forme de condensat dans l'air froid, ainsi que sur la paroi froide du conduit d'admission. Pour réchauffer un mélange d'air et de carburant dans le conduit d'admission en aval dsun carburateur, on connaît en outre un dispositif (demande de brevet allemand DE-21 28 811) où un corps annulaire traversé par le mélange d'air et-de carburant peut être chauffé électriquement. Le corps annulaire possède des nervures en saillie vers l'in térieur, sur lesquelles reste fixé le carburant tombant vers le bas sur la paroi froide du conduit1 et est vaporisé par le corps annulaire chauffé. Du fait de la relative étroitesse du corps annulaire, le mélange d'air et de carburant ne peut être réchauffé suffisamment efficacement pour empêcher que le carburant ne se condense à nouveau sur la paroi intérieure du conduit d'admission. L'invention a pour objectif d'améliorer le système d'admission du type mentionné plus haut, de facon que le carburant injecté et l'air de combustion soient réchauffés de manière uniforme et intensive dans le circuit d'admission, et que, avec un bon mélange des deux composants, la chaleur absorbée par le mélange d'air et de carburant soit conservée sans pertes notables jusque dans les cylindres. Cet objectif est atteint au moyen d'un système d'admission caractérisé par le fait que l'élément chauffant est constitué d'un corps creux disposé dans le circuit d'admission, autour duquel s'écoule de tous côtés l'air de combustion, et dans la cavité duquel le carburant est injecté sur les parois. Selon l'invention, la quantité de carburant injecté et la totalité de l'air de combustion passent chacune par l'élément chauffant, et sont tout d'abord réchauffées séparément, mais néanmoins uniformément, jusqu'à ce que le carburant quitte la surface de l'élément sous forme de vapeur, pour enfin se mélanger à l'air de combustion réchauffé. Attendu que de l'air de combustion s'écoule tout autour du pourtour extérieur du corps creux, l'efficacité de l'élément chauffant est intégralement mise à profit en utilisant toute la surface qui s'offre. Simultanément, le flux d'air qui s'écoule à l'extérieur le long du corps creux fournit une enveloppe isolante qui empêche pour l'essentiel un dégagement de chaleur du corps creux vers la paroi du circuit d'admission.En outre, l'enveloppe isolante entoure le mélange d'air et de carburant qui quitte le corps creux, et empêche ainsi que le carburant évaporé se condense tandis qu'il est dirigé vers les cylindres, et se dépose ainsi sur la paroi du circuit d'admission. Un autre avantage de l'invention consiste enfin en ce que les émissions de substances nocives ne sont pas plus importantes pendant la période de démarrage à froid et de mise à température du moteur que pendant la marche normale. Selon une configuration avantageuse de l'invention, le corps creux est constitué d'un matériau ayant une résistance à coefficient positif de température, dont la puissance de chauffage peut etre régulée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Le corps creux peut également être constitué d'un matériau thermoconducteur, dans lequel on insère des pastilles chauffantes ayant une résistance à coefficient de température positif. Selon une autre configuration avantageuse, un conduit d'air additionnel disposé dans la conduite d'admission en aval d'un papillon débouche directement dans la cavité. Grâce à cette injection en oblique du carburant dans la cavité, on obtient une imprégnation efficace de la surface du corps creux, et par suite une évaporation rapide accompagnée d'un mélange uniforme du carburant avec l'air de combustion. Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps creux est conçu comme un manchon cylindrique qui est inséré dans le conduit d'admission de la culasse, et qui, grâce à un collet disposé à l'extrémité amont dudit manchon, est maintenu dans un évidement de la culasse, au moven de la conduite d'admission bridée de l'extérieur. On obtient ainsi également un préchauffage de l'air de ralenti et de l'air additionnel. Selon une configuration avantageuse de l'invention, le manchon est entouré à distance radiale d'une douille isolante qui, par l'intermédiaire d'un collet terminal, est fixée conjointement avec le collet du manchon dans l'évidement de la culasse. On obtient ainsi une insertion aisée du corps creux dans le système d'admission, et une configuration favorable en,matière d'écoulement. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'espace annulaire présent entre la douille isolante et le manchon communique par l'intermédiaire d'orifices de passage avec la conduite d'admission. Par ailleurs, une configuration avantageuse prévoit que le corps creux soit constitué d'un élément rapporté présentant un carter conique fermé à son extrémité rétrécie, dont les parois délimitent une cavité ouverte vers le côté d'entrée de l'air de combustion, et duquel, par des orifices de passage pratiqués dans la paroi du carter1 le mélange d'air et de carburant peut être transmis dans le conduit d'admission. Ces caractéristiques apportent une isolation thermique optimale du corps creux et du mélange d'air et de carburant vis-à-vis de la paroi du circuit d'admission. Selon une caractéristique supplémentaire, l'élément rapporté est maintenu dans le conduit d'admission par l'intermédiaire de nervures faisant saillie radialement vers l'extérieur à partir du carter. On obtient ainsi une configuration particulièrement avantageuse du corps creux. Selon une dernière caractéristique enfin, l'injecteur est pourvu d'une enveloppe qui permet d'amener l'air de ralenti et l'air additionnel sur l'élément chauffant. La description qui suit explicite l'invention à l'aide de deux exemples de réalisation figurés sur le dessin annexé. Ce dessin montre - à la figure 1 la vue schématique en coupe verticale de la disposition d'un corps creux chauffant dans le circuit d'admission d'un moteur à combustion interne, et - à la figure 2 la disposition d'un corps creux conique dans le système d'admission selon la figure 1. Le système d'admission présenté à la figure 1 comprend un conduit d'admission 2 disposé dans la culasse 1 d'un moteur à combustion interne non représenté en détail, lequel conduit débouche par l'intermédiaire d'une soupape 3 dans le cylindre 4, ainsi qu'une conduite d'admission 5 se raccordant au conduit d'admission 2. Dans la conduite d'admission 5, on a disposé un injecteur 6 qui est incliné par rapport au sens d'écoulement de l'air de combustion, et dont la pointe 7 fait saillie dans la section de la conduite d'admission, approximativement au voisinage du plan commun 8 de bridage de la conduite d'admission 5 sur la culasse 1. L'injecteur permet de pulvériser une quantité dosée de carburant dans l'air de combustion. Afin d'obtenir dans le circuit d'admission, lors de la période de démarrage à froid et de mise en température du moteur à combustion interne, une bonne composition du mélange du carburant et de l'air de combustion, le système d'admission est équipé d'éléments chauffants. Selon l'invention, les éléments chauffants sont réalisés sous la forme de corps creux 9, qui sont respectivement disposés dans les conduits d'admission 2 menant aux chambres de combustion du moteur, en aval des injecteurs 6. Chaque corps creux présente une section légèrement infé rieure à celle du conduit d'admission 2, et le corps creux est inséré dans le circuit d'admission à une distance de la paroi 10 du conduit qui reste sensiblement constante. Le corps creux 9 est constitué dtun matériau à résistance électrique à coefficient de température positif, qui est relié par l'intermédiaire de lignes d'alimentation électrique 11 à -par exemple- une batterie. On sait que ces matériaux, lorsqu'ales reçoivent une intensité de courant élevée, atteignent en quelques secondes des températures supérieures à 100*C. La puissance de chauffage et la durée du réchauffage est régulée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Les principales grandeurs d'influence sont ici la température extérieure, la température de l'air de refroidissement et de l'air de combustion, la vitesse de rotation du moteur, la charge et la température de la chambre de combustion. Au lieu d'un matériau à résistance électrique, le corps creux 9 peut être constitué d'un matériau ayant une bonne conductibilité thermique, dans lequel sont insérées comme éléments chauffants des pastilles chauffantes à coefficient de température positif. Afin que le corps creux 9 exerce une action chauffante rapide, il est doté d'une surface la plus grande possible, sur laquelle les jets de carburant qui arrivent avec des angles d'attaque divers peuvent se répartir sur de grandes étendues. On obtient ainsi une vaporisation uniforme du carburant au niveau de la surface de l'élément chauffant, ainsi qu'un mélange uniforme avec l'air de combustion réchauffé. Selon l'exemple de réalisation de la figure 1, le corps creux 9 est réalisé sous la forme d'un manchon 12 qui est doté à son extrémité amont d'un collet 13. Le manchon 12 est inséré librement dans la zone d'entrée du conduit d'admission 2, et il est maintenu dans cette position par l'intermédiaire du collet 13 qui s'adapte dans un évidement 14 de la culasse 1, évidement qui part du plan de bridage 8. Afin d'empêcher un dégagement de chaleur du manchon 12 vers la paroi 10 du conduit, ce manchon est entouré à distance d'une douille isolante 15. Cette douille est elle aussi dotée à son extrémité d'un collet 16, qui est inséré conjointement avec le collet 13 dans l'évidement 14, les deux collets étant fixés dans cet évidement par la conduite d'admission 5 qui est bridée de l'extérieur. Le manchon 12 délimite une cavité 17 qui est munie d'un orifice d'admission 19 situé du côté amont 18, ainsi que d'un orifice d'échappement 21 situé du côté aval 20. Le dimensionnement et la forme du manchon 12 sont largement adaptés à la forme du conduit d'admission 2, de sorte que la présence de ce manchon a une influence quasiment nulle sur le degré de remplissage du moteur. Dans le cadre du système d'admission, le manchon forme ainsi une "section de chauffage ou de réchauffage" de forme tubulaire, à l'intérieur de laquelle l'air de combustion et le carburant injecté sont réchauffés et sont mélangés l'un à l'autre.Au moyen de l'injecteur 6 débouchant dans la conduite d'admission 5 à faible distance en amont du côté amont 18, le carburant est injecté de haut en bas et en oblique dans la cavité 17, et se répartit sur une grande étendue sur la surface 22. Le carburant quitte cette surface à l'état de vapeur, et se mélange à l'air de combustion qui traverse la cavité. Ce faisant, la longueur du manchon 12 est adaptée à la position de l'injecteur 6 et à la direction d'injection des jets de carburant, de sorte que la quasi-totalité du carburant imprègne la surface 22. Le collet 13 est pourvu d'orifices de passage 23, par 1 t intermddiaire desquels une partie de l'air de combustion provenant de la conduite diadmission 5 est amenée vers le côté aval 20 en passant par l'espace annulaire 24. Ce flux d'air secondaire reçoit alors de la chaleur provenant de la surface externe 25 du manchon 12. Simultanément, le flux dsair secondaire enveloppe le mélange d'air et de carburant qui va du manchon 12 vers le cylindre 4, et empêche ainsi que le mélange se refroidisse trop rapidement. En outre, l'air secondaire assure une isolation du manchon 12 vis-d-vis de la paroi 10 du conduit ; cette action isolante est renforcée par la douille isolante 15. Selon la figure 2, le corps creux 9 est constitué d'un élément rapporté 27 de forme conique, qui présente une cavité 29 fermée à son extrémité rétrécie 28. L'élément rapporté 27 est disposé dans la zone d'entrée du conduit d'admission 2, l'extrémité rétrécie faisant saillie vers la soupape 3, et l'élément rapporté s'appuyant sur la paroi 10 du conduit par des nervures 30 et 31 s'étendant radialement, la nervure 31 qui s'appuie dans l'évidement 14 permettant de maintenir l'élément à une position fixe dans le circuit d'admission. L'élément rapporté 27 présente une section maximale à l'extrémité côté amont 32, laquelle présente une ouverture d'admission 33 ; cette section maximale atteint environ 50 à 70 % de la section de la conduite d'admission. L'extrémité fermée 28 crée une cavité 29 en forme d'auge, dans laquelle est recueilli le carburant injecté. Ceci permet à la cavité d'avoir une longueur faible, de sorte que l'élément rapporté 27 présente globalement une forme géométrique plus petite que par exemple celle du manchon 12. La paroi 34 du carter de la cavité 29 est constituée d'un tamis ou encore d'une grille dont les orifices de passage sont désignés par la référence 35. Par l'injecteur 6 disposé à faible distance en amont du bord amont 32, le carburant est pulvérisé sur la surface 36 de la cavité 29. L'action chauffante de l'élément rapporté est identique à celle de l'exemple de réalisation selon la figure 1. Dans la période de démarrage à froid du moteur, la paroi 34 du carter est chauffée. Le carburant pulvérisé quitte la surface36 sous forme de vapeur, se mélange à l'air de combustion qui s'écoule dans la cavité 29, et est entrainé par ce dernier vers l'extérieur et en aval en passant par les orifices de passage 35. Le mélange d'air et de carburant se mélange alors avec le flux d'air secondaire 38, lequel s'écoule à l'extérieuràutour de 1'é- lément rapporté 27 par l'intermédiaire d'orifices 37 pratiqués dans les nervures 30 et 31. Au voisinage de l'ouverture d'admission 33, on a prévu dans la paroi 34 du carter un orifice 39 qui, par l'intermédiaire d'un tronçon tubulaire non représenté, est relié au conduit d'air additionnel 26 qui débouche dans la paroi de la conduite d'admission. L'air additionnel provenant du conduit d'air additionnel 26 est ainsi amené directement dans la cavité 29. Au lieu du conduit d'air additionnel, on peut également employer dans le cadre de l'invention un injecteur entouré d'une enveloppe permettant d'amener l'air de ralenti et l'air additionnel sur l'élément chauffant. REVENDICATIONS 1. Système d'admission pour un moteur à combustion interne à mélange comprimé, avec un injecteur de carburant disposé dans le tuyau d'aspiration et un élément chauffant monté en aval de l'injecteur afin de réchauffer le mélange d'air et de carburant avant son entrée dans les cylindres, caractérisé par le fait que l'élément chauffant est constitué d'un corps creux (9, 12, 27) disposé dans le circuit d'admission (2, 5) autour duquel s'écoule de tous côtés l'air de combustion, et dans la cavité (17, 29) duquel le carburant est injecté sur les parois. 2. Système d'admission selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps creux (9, 12, 27) est constitué d'un matériau à résistance électrique à coefficient positif de température, dont la puissance de chauffage peut être régulée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. 3. Système d'admission selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un conduit d'air additionnel (26), disposé dans la conduite d'admission (5) en aval d'un papillon, débouche directement dans la cavité (17, 29). 4. Système d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le corps creux (9) est conçu comme un manchon cylindrique (12) qui est inséré dans le conduit d'admission (2) de la culasse (1), et qui, grâce à un collet (13) disposé à l'extrémité amont dudit manchon, est maintenu dans un évidement (14) de la culasse (1), au moyen de la conduite d'admission (5) bridée de l'extérieur. 5. Système d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le manchon (12) est entouré à distance radiale d'une douille isolante (15) qui, par l'intermédiaire d'un collet terminal (16), est fixée conjointement avec le collet (13) du manchon (12) dans.l'évidement (14) de la culasse. 6. Système d'admission selon les revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que l'espace annulaire (24) défini entre la douille isolante (15) t le manchon (12) communique par l'intermédiaire d'orifices de passage (23) avec la conduite d'admission (5). 7. Système d'admission selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps creux (9) est cons titué d'un élément rapporté (27) présentant un carter co- nique fermé à son extrémité rétrécie (28), dont les parois (34) délimitent une cavité (29) ouverte vers le côté dBen- triée (32) de l'air de combustion, et duquel, par des orifices de passage (35) pratiqués dans la paroi du carter (34), le mélange d'air et de carburant peut etre transmis dans le conduit d'admission (2). 8. Système d'admission selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'élément -rapporté (27) est maintenu dans le conduit d'admission (2) par l'intermédiai- re de nervures (30 et 31) faisant saillie radialement vers l'extérieur à partir du carter. 9. Système d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que lBinjec- teur (6) est pourvu dune enveloppe qui permet d'amener l'air de ralenti et l'air additionnel sur l'élcSment chauf fant