Brevet FR2622250A1 — publié le 19890428

Moteur à combustion interne à réseau collecteur d'air comprime. L'invention a trait, d'une manière générale, aux moteurs à combustion interne et, plus particulièrement, à des moteurs à combustion interne à injection. Plus particulièrement encore, elle a trait à des moteurs à injection dans lesquels le carburant est amené aux chambres de combustion par-un gaz, tel qutair, sous pression relativement faible. Plus particulièrement encore, on a établi qu'on peut procéder à une injection directe de carburant dans les cylindres pour réduire ou supprimer le passage en court-circuit du mélange air-carburant sortant d'une lumière d'échappement de moteur à deux temps avec pour résultat une amélioration du rendement du moteur et une réduction de ltémission de gaz d'échappement. Le concept d'utilisation de l'air comprimé pour atomiser du carburant sous pression relativement faible a e été utilisé efficacement pour améliorer le rendement de tels moteurs à combustion interne tout en utilisant un système d'alimentation relativement bon marché. Pour mettre en oeuvre ce concept, il faut disposer d'une source d'air comprime. Cet air comprimé était couramment fourni par un compresseur d'air à entraînement mécanique ou électrique. De tels systèmes fonctionnent efficacement, mais la nécessité de prévoir un compresseur introduit des complexités mécaniques additionnelles et un supplément de coût du système d'alimentation par ailleurs relativement peu onéreux. L'attention est attirée sur les brevets des Etats Unis suivants NO Titulaire Date de délivrance 681 111 E.N. Dickerson 20 août 1901 1 013 528 J.S. Broderick 2 janvier 1912 1 015 817 L.L. McLarty 30 janvier 1912 1 060 820 H.E, Coffin 6 mai 1913 1 087 857 R.E. Wetzel 17 février 1914 1 098 047 D.D. Miles, Jr. 26 mai 1914 1 211 231 HUERA Raabe 3 janvier 1917 1 230 536 C.L. Stoeltzlen 19 juin 1917 1 551 731 J.A. Charter 29 janvier 1923 4 462 760 T.R. Sarich et al. 31 juillet 1984 4 554 945 M.L.McKay 26 novembre 1985 L'invention propose un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres présentant chacun une lumière de refoulement, une pluralité correspondante de pistons aptes à décrire chacun des temps de compression dans le cylindre respectif, une pluralité d'injecteurs reliés chacun à l'un des cylindres et assurant l'amenée aux cylindres respectifs, à partir d' une source de carburant, d'une quantité dosée de carburant véhiculée par du gaz comprimé en réponse à l'opé- ration d'injection de carburant au cours des temps de compression des cylindres respectifs, un réservoir de stockage pour l'accumulation et le stoctage de gaz comprimé, un moyen propre à relier sélectivement les lumières de refoulement au réservoir de stockage au cours seulement des temps de compression des cylindres respectifs et un moyen de canalisation reliant le réservoir de stockage aux injecteurs pour alimenter ceux-ci en gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs. L'invention propose aussi un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres présen tant chacun une extrémité de culasse, une lumière d'échappement et une lumière de refoulement située audessus de la lumière d'échappement, une pluralité oor- respondante de pistons aptes à décrire chacun dans 1' un des cylindres des temps de compression respectifs, une pluralité correspondante d'injecteurs reliés chacun à l'un des cylindres et assurant l'amenée aux cylindres respectifs, à partir d'une source de carburant, d'une quantité dosée de carburant véhiculé par du gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs pendant les temps de compression des cylindres respectifs, un réservoir de stockage pour l'accumulation et le stockage de gaz comprimé, des moyens propres à relier sélectivement les lumières de refoulement au réservoir de stockage au cours seulement des temps de compression des cylindres respectifs et un moyen de canalisation reliant le réservoir de stockage aux injecteurs pour alimenter ceux-ci en gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs. Dans une réalisation de l'invention, le moteur à combustion interne comporte encore un moyen régulateur de pression relié au réservoir de stockage pour empêcher la compression du gaz présent dans le réservoir de stockage au-delà d'un niveau de pression déterminé. Dans une réalisation de l'invention,le moteur à combustion interne comporte aussi un réseau d'admission d'air communiquant avec l'un au moins des cylindres et un moyen établissant une communication entre le moyen régulateur de pression et le réseau d'admission d'air pour faire passer du gaz comprimé, au-delà du niveau de pression déterminé, dans le réseau d'admission d'air. Dans une réalisation de l'invention, le moyen reliant sélectivement les lumières de refoulement au réservoir de stockage comporte un conduit commun relié au réservoir de stockage, une pluralité de conduits de ramification reliés chacun à l'une des lumières de refoulement et une vanne sélectrice reliée aux conduits commun et de ramification et agissant en synchronisme avec le fonctionnement du moteur pour établir une communication entre chacune des lumières de refoulement et le réservoir de stockage pendant les temps de compression des cylindres associés et pour intercepter le reste du temps la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage. Dans une réalisation suivant l'invention, le conduit commun comporte un moyen de commande d'écoulement permettant l'écoulement vers le réservoir de stockage et empêchant l'écoulement à partir de celui-ci. Dans une réalisation suivant l'invention, le moteur est un moteur à deux temps et la vanne sélectrice agit pour établir la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage après la fermeture des lumières d'échappement par les pistons et agit pour interrompre la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage avant la fermeture des lumières de refoulement par les pistons. Dans une réalisation suivant l'invention, la vanne sélectrice agit pour interrompre la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage environ au moment où la pression de compression régnant dans les cylindres atteint approximativement le niveau de pression déterminé. L'invention propose aussi un moteur à combustion interne à deux temps comprenant une pluralité de cylindres qui comportent chacun une extrémité de culasse, une lumière d'échappement et une lumière de refoulement située au-dessus de la lumière d'échappement, un réseau d'admission d'air communiquant avec l'un au moins des cylindres, une pluralité correspondante de pistons mobiles chacun dans l'un des cylindres et décrivant des temps de compression respectifs, lesquels pistons assurent l'ouverture et la fermeture des lumières du fait de leur déplacement, une pluralité correspondante d'injecteurs reliés chacun à l'un des cylindres et assurant l'amenée à chacun des cylindres, à partir d'une source de carburant, d'une quantité dosée de carburant véhiculée par du gaz comprimé en réponse au fonctionnement de chaque injecteur pendant le temps de compression du cylindre associé, un réservoir de stockage pour l'accumulation et le stockage de gaz comprimé, un premier conduit relié au réservoir de stockage, une pluralité de conduits de ramification reliés chacun à l'une des lumières de refoulement, une vanne sélectrice reliée au premier conduit et aux conduits de ramification et agissant en synchronisme avec le fonctionnement du moteur pour établir la communication entre les diverses lumières de refoulement et le réservoir de stockage pendant les temps de compression des cylindres associés et pour interrompre le reste du temps la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage, un moyen de commande d'écoulement interposé sur le premier conduit permettant l'écoulement vers le réservoir de stockage et empêchant l'écoulement à partir du réservoir de stockage, un moyen de canalisation reliant le réservoir de stockage aux injecteurs pour alimenter ceux-ci en gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs, un moyen régulateur de pression relié au réservoir de stockage pour empêcher la compression du gaz dans ce dernier au-delà d'un niveau de pression déterminé et un moyen établissant une communication entre le moyen régulateur de pression et le passage d'admission pour faire passer du gaz comprimé, au-delà du niveau de pression déterminé, dans le réseau d'admission d'air. Un but de l'invention est de prévoir des moyens de nature à supprimer la nécessité antérieure de prévoir un compresseur d'air qui impliquait des complexi- tés mécaniques additionnelles et un supplément de frais à propos des moteurs à injection à carburant véhiculé par de l'air. On va maintenant décrire en détail, à simple titre d'exemple non limitatif, une réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne comportant divers aspects selon 1' invention la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement du moteur représenté sur la figure 1. La figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne à deux temps 11 qui comporte une pluralité de cylindres 13, 15, 17 et 19, chaque cylindre comportant une lumière d'échappement 21, une lumière de transfert 23, une extrémité de culasse 25 et une lumière de refoulement 27 située dans le cylindre entre l'extrémité de culasse 25 et la lumière d'échappement 21. Les lumières de refoulement 27 peuvent être placées n'importe où sur la longueur du cylindre au-dessus de la lumière d'échappement 21, entre autres dans l'extré- mité de culasse 25.Dans certains cas, il est avantageux de placer les lumières 27 juste assez haut dans les cylindres pour qu'elles reçoivent de l'air sous la pression maximale nécessaire pour assurer l'injection de carburant, ainsi qu'on l'exposera, mais assez bas pour qu'elles ne subissent pas la pression de combustion maximale. Chaque cylindre comporte aussi un piston 29 mobile à va-et-vient entre une position de point mort haut voisine de l'extrémité de culasse 25 et une position de point mort bas pour laquelle les lumières d'échappement 21 et de transfert 23 sont complètement ouvertes. En outre, à chaque cylindre est associé un réseau d'aspiration ou d'admission d'air qui peut prendre diverses formes et qui, dans la structure décrite, comporte un carter 31 qui communique avec un passage d'admission commandé par vanne à lame souple 33 à travers lequel de l'air de combustion arrive pour s'écouler à travers le carter 31 et à travers le passage de transfert et la lumière de transfert 23 jusqu'a la chambre de combustion conformément au mode de fonctionnement normal du moteur à deux temps, lequel comporte un temps de compression pendant le déplacement du piston du point mort bas au point mort haut et un temps moteur pendant le déplacement du piston du point mort haut au point mort bas. A chaque cylindre est associé un injecteur de carburant 41. Les injecteurs 41 ont tous sensiblement la même structure et peuvent prendre toute forme convenable. Deux exemples de telles structures sont décrits dans les brevets des Etats-Unis nO 4 462 760, délivré le 31 juillet 1984 et nO 4 554 945, délivré le 26 novembre 1985, auxquels le lecteur pourra se reporter. Dans la structure décrite, chaque injecteur 41 communique avec une source de carburant sous pression (une telle source étant schématisée en 42) et fonctionne sous l'action de moyens électriques ou mécaniques convenables (non représentés) en synchronisme avec le fonctionnement du moteur pour fournir au cylindre associé une charge dosée de carburant véhiculé jusqu'au cylindre par du gaz sous une pression supérieure à celle existant dans le cylindre lors de l'injection. Le carburant peut être injecté dans le cylindre à travers une lumière 43 située à l'extrémité dé culasse 25 du cylindre, ou en tout autre emplacement jugé optimum. Au moteur 11 est aussi associé un réservoir de stockage 51 pour l'accumulation et le stockage de gaz sous une pression suffisante pour provoquer le transport du carburant depuis les injecteurs 41 jusqu'a 1' intérieur des cylindres. On peut utiliser toutes structures de réservoir de stockage convenables. Le réservoir de stockage 51 communique à travers une pluralité de conduits 52 avec les injecteurs 41 pour les alimenter en gaz comprimé qui sert à véhiculer le carburant lors de l'actionnement des injecteurs 41. Au réservoir de stockage 51 est associé un régulateur de pression 53 qui évacue du gaz du réservoir de stockage 51 au cas où la pression vient à dépasser un niveau déterminé nécessaire pour le transport du carburant depuis les injecteurs 51 jusqu'à l'intérieur des cylindres. On peut adopter toute structure de régulateur de pression convenable. De préférence, le régulateur de pression 53 est interposé sur un conduit 55 qui mène à l'un au moins des passages d'aspiration 33 du moteur pour canaliser le gaz comprimé évacué jusqu'au passage d'aspiration 33 ou au carter 31 ou à une autre partie du réseau d'aspiration ou d'admission d'air. On peut aussi assurer autrement la régulation de pression, comme en faisant commander la vanne sélectrice 81 en réponse à un signal provenant d'un interrupteur à commande par pression (non représenté) monté dans le réservoir de stockage 51 pour valider et invalider alternativement la vanne sélectrice en réponse aux modifications de la pression régnant dans le réservoir 51. Un moyen est aussi prévu pour relier sélectivement les lumières de refoulement 27 au réservoir de stockage 51 pendant une partie au moins du temps de compression du cylindre associé afin de permettre ltécoulement de gaz comprimé, air ou mélange carburant-air, des cylindres jusqu'au réservoir de stockage 51.Bien qu'on puisse adopter divers agencements, dans la structure décrite, ce moyen est un conduit commun 61 relié au réservoir de stockage 51 et comportant de préférence une soupape de retenue 63 qui permet l'écoulement vers le réservoir 51 et empêche l'écoulement à partir de celui-ci, ainsi qu'une pluralité de conduits de ramification 73, 75, 77 et 79 respectivement reliés aux lumières de refoulement 27 des cylindres 13, 15, 17 et 19 et qu'une vanne sélectrice 81 qui fait sélectivement communiquer les conduits de ramification 73, 75, 77 et 79 avec le conduit commun 61 pendant le temps de compression du piston 29 associé.On peut utiliser toute structure de vanne sélectrice convenable et commander la vanne soit électriquement soit mécaniquement pour établir la communication voulue pendant le temps de compression et intercepter le reste du temps la communication avec le réservoir de stockage 51. Plus particulièrement, la vanne sélectrice 81 peut comporter une tige-poussoir mécanique (non représentée) assurant l'entraînement d'un rotor (non représenté)par l'intermédiaire d'un mécanisme à crémaillère ou autre (non représenté) afin d'ouvrir et de fermer progressivement les conduits 73, 75, 77 et 79 l'un après l'autre. Dans une autre réalisation, on peut utiliser un ou plusieurs solénoïdes électriques (non représentés) pour établir et interrompre la communication à travers les conduits 73, 75, 77 et 79, le ou les solénoïdes étant commandés par un mécanisme de minuterie convenable (non représenté). La figure 2 indique la relation liant la pression régnant au ralenti dans les cylindres 13, 15, 17 et 19 aux temps durant lesquels la vanne sélectrice 81 fait communiquer les cylindres 13, 15, 17 et 19 avec le réservoir de stockage. Les courbes 93, 95, 97 et 99 représentent respec tivement les pressions de compression régnant dans les cylindres 13, 15, 17 et 19 pendant fonctionnement au ralenti. La droite 101 indique le niveau de pression auquel le gaz comprimé arrive aux injecteurs 41. La courbe 103 représente la pression régnant dans le cylindre 15 pendant le fonctionnement avec large ouverture du papillon des gaz0 Les zones hachurées 113, 115, 117 et 119 représentent les temps (en rapport avec les pressions de cylindres) pendant lesquels les lumières de refoulement 27 respectivement associées aux cylindres 13, 15, 17 et 19 sont en communication avec le réservoir de stockage 51. La communication entre les lumières de refoulement 27 et le réservoir de stockage 51 peut être amorcée par la vanne sélectrice 81 pendant le temps de compression et après fermeture des lumières d'échappement 21 à tout moment permettant l'amenée au réservoir de stockage 51 d'une quantité de gaz (air ou mélange air-carburant)de volume un peu supérieur à celui de gaz assurant le transport de chaque injection de carburant jusqu'à 1' intérieur du cylindre associé et sous une pression supérieure à celle régnant dans le cylindre au moment de l'injection. Autrement dit, l'injection est minutée en sorte d'apparaître quand la pression régnant dans le cylindre est inférieure à celle régnant dans le réservoir de stockage 51. L'utilisation de la vanne sélectrice 81 pour 1' établissement de la communication des cylindres avec le réservoir de stockage 51 pendant le temps de compression et pour l'interception de cette communication pendant la course de détente ou motrice a l'avantage d'empêcher l'arrivée dans le réservoir de stockage 51 et dans les injecteurs 41 de produits de combustion en particules susceptibles de boucher les passages d'écoulement et orifices des injecteurs de carburant 41. Bien que le moteur 11 décrit comporte quatre cylindres, l'invention est applicable à d'autres moteurs à nombre de cylindres différent. En outre, bien qu'on se soit référé pour décrire l'invention à un moteur à deux temps, l'invention est aussi applicable à un moteur à quatre temps. Divers aspects de l'invention sont énoncés dans les revendications ci-dessous. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres (13,15,17,19) présentant chacun une lumière de refoulement (27), une pluralité correspondante de pistons (29) aptes à décrire chacun des temps de compression dans le cylindre respectif, une pluralité d'injecteurs (41) reliés chacun à l'un des cylindres et assurant l'amenée aux cylindres respectifs, à partir d'une source de carburant (42), d'une quantité dosée de carburant véhiculée par du gaz comprimé en réponse à l'opération d'injection de carburant au cours des temps de compression des cylindres respectifs, un réservoir de stockage (51) pour l'accumulation et le stockage de gaz comprimé, un moyen propre à relier sélectivement les lumières de refoulement (27) au réservoir de stockage (51) au cours seulement des temps de compression des cylindres respectifs et un moyen de canalisation (55) reliant le réservoir de stockage (51) aux injecteurs (42) pour alimenter ceux-ci en gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs. 2. Moteur à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres (13,15,17,19) présentant chacun une extrémité de culasse (25), une lumière d'échappement (21) et une lumière de refoulement (27) située audessus de la lumière d'échappement, une pluralité correspondante de pistons (29) aptes à décrire chacun dans l'un des cylindres des temps de compression respectifs, une pluralité correspondante d'injecteurs (41) reliés chacun à l'un des cylindres en des emplacements respectifs situés entre les lumières de refoulement (27) et les lumières d'échappement (21) et assurant l'amenée aux cylindres respectifs, à partir d'une source de carburant (42) d'une quantité dosée de carburant véhiculé par du gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs pendant les temps de compression des cylindres respectifs, un réservoir de stockage(51) pour l'accumulation et le stockage de gaz comprimé, un moyen propre à relier sélectivement les lumières de refoulement (27) au réservoir de stockage (51) au cours seulement des temps de compression des cylindres respectifs et un moyen de canalisation (52) reliant le réservoir de stockage aux injecteurs pour alimenter ceux-ci en gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte encore un moyen régulateur de pression (53) relié au réservoir de stockage (51) pour empêcher la compression du gaz présent. dans le réservoir de stockage au-delà d'un niveau de pression déterminé. 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte encore un réseau d'admission d'air (33) communiquant avec l'un au moins des cylindres et un moyen (55) établissant une communication entre le moyen régulateur de pression(53) et le réseau d'admission d'air (33) pour évacuer du gaz comprimé au-delà du niveau de pression déterminé dans le réseau d'admission d'air (33). 5. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moyen reliant sélectivement les lumières de refoulement (27) au réservoir de stockage (51) comporte un conduit commun (61) relié au réservoir de stockage(51), une pluralité de conduits de ramification (73,75,77,79) reliés chacun à l'une des lumières de refoulement et une vanne sélectrice (81) reliée aux conduits commun et de ramification et agissant en synchronisme avec le fonctionnement du moteur pour établir une communication entre chacune des lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage (51) pendant les temps de compression des cylindres associés et pour intercepter le reste du temps la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage. 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte sur le conduit commun un moyen de commande d'écoulement (63) permettant l'écoulement vers le réservoir de stockage (51) et empêchant l'écoulement à partir de celui-ci. 70 Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est un moteur à deux temps et en ce que la vanne sélectrice (81) agit pour établir la communication entre les lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage (51) après la fermeture des lumières d'échappement (21) par les pistons (29) et agit pour interrompre la communication entre les lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage (51) avant la fermeture des lumières de refoulement par les pistons. 8. Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne sélectrice (81) agit pour interrompre la communication entre les lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage(51) environ au moment où la pression de compression régnant dans les cylindres atteint approximativement le niveau de pression déterminé. 9. Moteur à combustion interne à deux temps comprenant une pluralité de cylindres (13,15,17,19) qui comportent chacun une extrémité de culasse (25), une lumière d'échappement (21) et une lumière de refoulement(27) située au-dessus de la lumière d'échappement, un réseau d'admission d'air (33) communiquant avec l'un au moins des cylindres, une pluralité correspondante de pistons (29) mobiles chacun dans l'un des cylindres et décrivant des temps de compression respectifs, lesquels pistons assurent l'ouverture et la fermeture desdites lumières du fait de leur déplacement, une pluralité correspondante d'injecteur (41) reliés chacun à l'un des cylindres et assurant l'amenée à chacun des cylindres, à partir d'une source de carburant (42), d'une quantité dosée de carburant véhiculée par du gaz comprimé en réponse au fonctionnement de chaque injecteur pendant le temps de compression du cylindre associe, un réservoir de stockage (51) pour l'accumulation et le stockage de gaz comprimé, un premier conduit (61) relié au réservoir de stockage, une pluralité de conduits de ramification (73,75,77,79) reliés chacun à l'une des lumières de refoulement (27), une vanne sélectrice (81) reliée auxdits premier conduit et conduits de ramification et agissant en synchronisme avec le fonctionnement du moteur pour établir la communication entre les diverses lumières de refoulement et le réservoir de stockage pendant les temps de compression des cylindres associés et pour interrompre le reste du temps la communication entre les lumières de refoulement et le réservoir de stockage, un moyen de commande d'écoulement (63) interposé sur le premier conduit permettant l'écoulement vers le réservoir de stockage et empêchant l'écoulement à partir du réservoir de stockage, un moyen de canalisation (55) reliant le réservoir de stockage (51) aux injecteurs (41) pour alimenter ceux-ci en gaz comprimé en réponse au fonctionnement des injecteurs, un moyen régulateur de pression (53) relié au réservoir de stockage pour empêcher la compression du gaz dans ce dernier au-delà d'un niveau de pression déterminé et un moyen (55) établissant une communication entre le moyen régulateur de pression et le passage d'admission (33) pour faire passer du gaz comprimé, au-delà du niveau de pression déterminé,dans le réseau d'admission d'air. 10. Moteur à combustion interne selon la revendica tion 9, caractérisé en ce que ladite vanne sélectrice (81) agit pour établir la communication entre les lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage (51) après la fermeture des lumières d'échappement (21) par les pistons (29) et agit pour interrompre la communication entre les lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage (51) avant la fermeture des lumières d'échappement (21) par les pistons (29). 11. Moteur à combustion interne selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite vanne sélectrice (81) agit pour interrompre la communication entre les lumières de refoulement (27) et le réservoir de stockage (51) environ au moment où la pression de compression régnant au ralenti dans les cylindres est ap- proximativement égale audit niveau de pression déterminé.