Brevet FR2663686A1 — publié le 19911227

L'invention concerne un moteur à essence comportant un dispositif d'injection indirecte perfectionné. Les moteurs à essence à injection comportent généralement, associé à chacun de leurs cylindres, un dispositif d'injection qui peut étre du type direct ou du type indirect Les dispositifs d'injection directe comportent un injecteur dont l'extrémité ou nez par laquelle sort le jet d'essence injecté sous une certaine pression débouche dans la chambre de combustion ménagée à l'intérieur des cylindres. Les dispositifs d'injection indirecte comportent un injecteur disposé dans le conduit d'admission du cylindre dont l'extrémité déboucle dans la chambre de combustion, par un orifice qui peut être fermé par la soupape d'admission correspondante. L'injecteur est placé et dirigé à l'intérieur du conduit d'admission, de manière que la plus grande partie de l'essence injectée heurte les parois internes du conduit d'admission ou la surface extérieure de la soupape d'admission dirigée vers le conduit d'admission et opposée à la chambre de combustion, avant de pénétrer à l'intérieur de la chambre de combustion, Les dispositifs d'injection directe présentent l'inconvénient de nécessiter l'injection du jet d'essence, à une forte pression de l'ordre de plusieurs dizaines de bars. I1 est donc nécessaire d'utiliser des injecteurs pouvant fonctionner à assez fortes pressions ainsi qu'un circuit d'alimentation en essence susceptible de fournir à l'injecteur de l'essence à la pression voulue. En particulier, les tuyauteries, la pompe à essence et le régulateur de pression du circuit d'essence doivent être conçus de manière à supporter les fortes pressions nécessaires à L'injection En outre, le nez de l'injecteur qui se trouve placé à l'intérieur de la chambre de combustion doit pouvoir supporter les températures et pressions élevées qui régnent à l'intérieur de cette chambre, pendant le fonctionnement du moteur. Les dispositifs d'injection directe sont donc beaucoup plus complexes et beaucoup plus coûteux que les dispositifs d'injection indirecte qui peuvent fonctionner à une faible pression, de l'ordre de 3 bars et dont l'injecteur débouche dans le conduit d'admission c'està-dire dans une zone qui n'est pas soumise à des pressions et températures élevées. Cependant, dans le cas des dispositifs d'injection indirecte, la plus grande partie de l'essence injectée se dépose sous forme dun film liquide sur les parois du conduit d'admission u sur la surface extérieure de la soupape d'admission, avant d'etre aspirée à l'intérieur de la chambre de combustion, avec un certain retard par rapport à 1 injection La quantité d'essence qui se dépose sous forme d'un film liquide sur les parois du conduit d'admission dépend de la température de ces parois et de la pression qui règne dans le circuit d'admission du moteur. En conséquence, la quantité d'essence qui rentre dans la chambre de combustion ne correspond pas à la quantité délivrée par les injecteurs qui sont commandés par le calculateur électronique de contrôle du moteur.Des écarts sensibles peuvent être observés en particulier pendant les phases de fonctionnement en régime transitoire, pendant lesquelles la pression dans le conduit d'admission varie très rapidement. Il n'est donc pas possible de profiter pleinement des performances du calculateur électronique de contrôle du moteur pour ajuster de façon très fine et instantanée la quantité d'essence envoyée dans la cham bre de combustion. Un tel réglage réalisé de manière fine et instantanée est nécessaire pour réduire les émissions de gaz polluants et pour améliorer la stabilité de fonctionnement du moteur, en particulier en régime transitoire. D'autre part, dans le cas d'un démarrage à froid du moteur, la montée en température des parois internes du circuit d'admission du moteur peut être relativement lente, de sorte que les conditions favorables à une bonne injection et à une vaporisation satisfaisante de l'essence ne peuvent être atteintes rapidement On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif d'injection de type indirect ne nécessitant que des pressions d'injection faibles et permettant d'éviter les inconvénients des dispositifs connus, en particulier les difficultés de réglage de la quantité d'essence introduite dans la chambre de combustion en régime transitoire et la formation de gaz polluants. Le but de l'invention est donc de proposer un moteur à essence à injection comportant au moins un cylindre dans lequel est ménagée une chambre de combustion, au moins un conduit d'admission dont une extrémité communique avec la chambre de combustion par un orifice, au moins une soupape d'admission pour fermer ou ouvrir l'orifice du conduit d'admission et un injecteur d'essence débouchant dans le conduit d'admission, ce moteur permettant d'effectuer une injection de manière parfaitement réglée quel que soit son régime de fonctionnement et de limiter la formation de gaz polluants dans la chambre de combustion, malgré une injection à basse pression de type indirect Dans ce but, l'injecteur est placé et dirigé de manière à réaliser l'injection d'un jet d'essence, à un instant déterminé du cycle de fonctionnement du moteur, en direction de la chambre de combustion et à l'intérieur de cette chambre, dans le cas où l'injection a lieu au moment de l'ouverture de la soupape d'admission. Affin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un moteur à injection suivant l'invention et divers modes de fonctionnement et de réglage de ce moteur. La figure 1 est une vue en coupe verticale suivant 1-1 de la figure 2, de la partie supérieure du cylindre d'un moteur à injection suivant l'invention. La figure 2 est une vue de dessus suivant 2-2 de la figure 1. Comme il est visik > sur la figure 1, le moteur comporte un bloc-cylindres 2 et une culasse 3 rapportée sur le bloc-cylindres, suivant un plan de joint 4. Le bloc-cylindres 2 et la culasse 3 sont usinés de manière à constituer plusieurs cylindres tels que le cylindre 1 dont la partie supérieure est représentée sur la figure 1. Le cylindre 1 comporte une chambre de combustion 5 usinée dans le bloc-cylindres 2 et fermée à sa partie supérieure par la culasse 3. Un piston 6 est monté mobile à l'intérieur de la chambre de combustion 5 dans laquelle débouchent, à sa partie supérieure, un conduit d'admission 7 et un conduit d'échappement 8 usinés à l'intérieur de la culasse 3. La partie d'extrémité du conduit d'admission 7 débouchant dans la chambre de combustion 5 présente un orifice suivant lequel est disposé un siège de soupape 9 comportant une portée d'étanchéité destinée à coopérer avec une portée d'étan- chéité correspondante de la soupape 10, dans la position de fermeture de cette soupape. De même, le conduit d'échappement 8 comporte, à son extrémité débouchant dans la chambre de combustion 5, un orifice suivant lequel est disposé un siège de soupape 11 comportant une portée d'étanchéité destinée à coopérer avec une portée d'étanchéité correspondante d'une soupape d'échappement 12, dans la position de fermeture de la soupape La soupape d'admission 10 et la soupape d'échappement 12 comportent des tiges de soupape montées mobiles dans la culasse 3, de manière à assurer l'ouverture ou la fermeture de la soupape correspondante. Les déplacements des soupapes 10 et 12 sont assurés au moyen d'arbres à came et de ressorts de rappel non représentés. Sur la figure 1, la soupape d'admission 10 a été représentée dans sa position d'ouverture et la soupape d'échappement 12 dans sa position de fermeture. Les soupapes 10 et 1 sont placées dans une disposition en V et les sièges de soupape 9 et 11 sont placés dans des positions décalées dans une direction transversale de la chambre 5 du cylindre 1, comme il est visibie sur la figure 2. Comme il sera expliqué plus loin, l'invention peut s'appliquer indifféremment à un moteur à deux soupape s par cylindre ou à un moteur à quatre soupapes par cylindre disposées en V. Selon l'invention, un injecteur 14 d'un type couramment utilisé dans le cas des dispositifs d'injecté tion indirecte est placé dans un logement usiné dans la culasse 3 et débouchant au voisinage de la partie d'ex trémité du conduit d'admission 7. Le nez 14a de l'injecteur par lequel sort un jet 15 d'essence sous pression à un instant déterminé du cycle de fonctionnement du moteur se trouve légèrement en retrait par rapport au conduit 7 à l'intérieur du logement usiné dans la culasse. L'injecteur 14 est dirigé de manière que le jet 15 de faible section traverse l'orifice d'extrémité du conduit d'admission 7 et le siège de soupape 9, lorsque l'injection du jet d'essence est effectuée alors que la soupape d'admission 10 est dans sa position d'ouverture comme représenté sur la figure 1. Comme il est visible sur les figures 1 et 2, le jet 15 de très faible section peut pénétrer dans la chambre de combustion 5, lorsque la soupape d'admission 10 est ouverte, pour venir frapper la surface intérieure 12a de la soupape d'échappement 12 dans sa position fermée, c'est-à-dire la surface plane de cette soupape dirigée vers la chambre de combustion. La position et la direction du jet 15 sont réglées avec précision, de manière que le jet 15 ne puisse venir en contact avec une partie quelconque de la soupape 10 dans sa position d'ouverture. L'injecteur 14 est alimente par un circuit d'essence de type classique dans le cas des dispositifs d'injection indirecte, de maniere à délivrer un jet d'essence à une pression de l'ordre de 3 bars, à un moment déterminé du cycle de fonctionnement du moteur. Dans un premier mode de fonctionnement du moteur, l'injection du jet d'essence 15 est effectuée lorsque la soupape d'admission 10 est dans sa position d'ouverture. Le jet d'essence 15 pénètre alors dans la chambre de combustion et vient en contact avec la surface intérieure 12a de la soupape d'échappement 12 en position de fermeture, cette surface 12a constituant une zone chaude de la paroi intérieure de la chambre de combustion 5. Ce mode de fonctionnement présente l'avantage de permettre une injection directe dans la chambre de combustion 5 du cylindre 1 sans que le jet d'essence vienne en contact avec la paroi interne du conduit d'admission 7 ou avec la surface extérieure lOb de la soupape 10 dirigée vers le conduit- d'admission 7 et opposée à la surface iOa de cette soupape dirigée vers la chambre de combustion. On évite ainsi les inconvénients des dispositifs d'injection indirecte de la technique antérieure, tout en utilisant un circuit d'essence et un injecteur d'un type classique utilisés dans le cas des dispositifs d'injection indirecte. Le nez 14a de l'injecteur 14 n'est jamais exposé, pendant le fonctionnement du moteur, aux gaz à haute pression et à haute température qui peuvent être présents dans la chambre de combustion 5, pendant certaines phases. En outre, l'essence est injectée dans la chambre de combustion 5, de manière à venir en contact avec une surface chaude, ce qui favorise la vaporisation de l'essence et permet la formation d'un mélange carburé de très bonne qualité. Il en résulte une amélioration de la stabilité et de la qualité de la combustion pendant le fonctionnement du moteur et une réduction des émissions de gaz polluants, notamment lorsque le catalyseur du pot catalytique de traitement des gaz d'échappement est encore froid et donc inefficace. La commande de l'injecteur 14 est assuree par un dispositif électronique permettant une injection parfaitement contrôlée, au cours d'une phase pendant laquelle la ou les soupapes d'admission est ou sont ouvertes et la ou les soupapes d'échappement fermées. La quantité d'essence pénétrant dans la chambre de combustion correspond parfaitement à la quantité nécessaire déterminée par le calculateur électronique de contrôle du moteur, en fonction des conditions de fonctionnement et de la commande d'accélération. Un tel mode de fonctionnement est particulièrement avantageux, dans le cas du fonctionnement du moteur en régime transitoire. Dans un second mode de fonctionnement du moteur suivant l'invention, l'injection du jet d'essence est effectuée lorsque la soupape d'admission 10 est fermée. Le jet d'essence vient frapper la surface intérieure lOb de la soupape 10 et constitue un film liquide recouvrant cette surface intérieure lOb. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans le cas où le moteur fonctionne en régime stabilisé, la soupape d'admission étant alors suffisamment échauffée pour que l'essence se vaporise assez rapidement au contact de la surface extérieure lOb de la soupape.L'essence arrive dans la chambre, lors de l'-uverture de la soupape d'admission 10, à l'état chauffé et déjà presque entièrement vaporisé, ce qui est préférable au cas de l'in- jection directe d'un jet d'essence froide au contact d'une paroi de la chambre de combustion. En outre, meme si la quantité d'essence injectée ne correspond pas exactement à la quantité d'essence entrant dans la chambre de combustion à un instant donné, ce qui se traduit par un écart entre la quantité d'essence nécessaire déterminée par le calculateur électronique de commande du moteur et la quantité introduite dans la chambre de combustion, cet écart ne présente pas d'in convénient en régime stabilisé, puisqu'on finit par retrouver globalement toute la quantité d'essence injectée dans la chambre de combustion, sur une certaine durée de fonctionnement. En régime stabilisé, il est donc préférable de réaliser l'injection alors que la soupape d'admission est fermée. Lors d'un démarrage à froid du moteur, la soupape d'admission ne s'est pas encore échauffée et, dans ce cas, il n'est pas souhaitable de réaliser l'in- jection lorsque la soupape d'admission est fermée. Il est donc préférable, pendant les démarrages à froid du moteur, d'effectuer l'injection lorsque la soupape d'admission est ouverte. Le jet d'essence est alors envoyé directement à l'intérieur de la chambre de combustion et vient frapper la surface intérieure de la soupape d'échappement. L'essence s'échauffe plus rapidement, ce qui permet d'améliorer les conditions de fonctionnement du moteur et en particulier de réduire les émissions de gaz polluants, alors que le catalyseur du pot catalytique est encore inefficace. Lors des accélérations imposées au moteur, c'est-à-dire pendant les phases en régime transitoire, une injection au contact de la surface extérieure de la soupape d'admission ne permet sas de retrouver dans la chambre de combustion la quantité d'essence injectée à un instant déterminé et définie à partir des conditions de fonctionnement du moteur, par le calculateur de commande. Les transitoires ayant une durée très brève, il n'est pas possible de compter sur un effet de durée pour retrouver globalement la quantité d'essence injectée dans la chambre de combustion. Dans ce cas, il est donc préférable de réaliser l'injection avec la soupape d'admission ouverte. Le moteur suivant l'invention permet donc d'obtenir les avantages d'une injection directe, en évitant les inconvénients de ce type d'injection et en utilisant un injecteur et un circuit d'essence à basse pression, comme dans le cas d'une injection indirecte de type classique. En utilisant des moyens de commande spécialement programmés, on peut en outre passer d'une injection directe sous faible pression à une injection indirecte sur la surface extérieure de la soupape d'admission. Le moteur suivant l'invention présente donc une grande souplesse, puisqu'il permet d'adapter le régime d'injection utilisé aux conditions de fonctionnement instantanées du moteur. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que le moteur suivant l'invention peut comporter des cylindres à quatre soupapes. Dans ce cas, il est possible d'associer un seul injecteur à l'une des soupapes d'admission ou, au contraire, deux injecteurs associés chacun à une soupape d'admission du cylindre. Les moyens de command-rn. électroniques de l'in- jection peuvent être de tout type pour permettre de régler les quantités d'essence injectées et l'instant auquel est déclenchée l'injection, pendant le cycle de fonctionnement du cylindre. Ces moyens de commande doivent permettre d'obtenir, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et des accélérations, une injection suivant le premier ou suivant le second mode décrits ci-dessus. Ces moyens de commande doivent permettre de passer d'un mode de fonctionnement à un autre, lors des changements de régime du moteur, par exemple lors d'un passage d'un régime transitoire à un régime stabilisé. Enfin, le moteur suivant l'invention et le procédé d'injection correspondant peuvent être utilisés sur tout type de véhicules automobiles. REVENDICATIONS 1.- Moteur à essence à injection comportant au moins un cylindre (1) dans lequel est ménagée une chambre de combustion (55, au moins un conduit d'admission (7) dont une extrémité communique avec la chambre de combustion par un orifice, au moins une soupape d'admission pour fermer ou ouvrir l'orifice du conduit d'admission (7) et un injecteur d'essence (14) débouchant dans le conduit d'admission (7), caractérisé par le fait que l'injecteur (14) est placé et dirigé de manière à réaliser l'injection d'un jet d'essence (15), à un instant déterminé du cycle de fonctionnement du moteur, en direction de la chambre de combustion (5) et à l'inté- rieur de cette chambre (5), dans le cas où l'injection a lieu au moment de l'ouverture de la soupape d'admission (10). 2.- - Moteur suivant la revendication I compor- tant au moins un conduit d'échappement dont une extrémité communique par un orifice avec la chambre de combustion (5) et au moins une soupape d'échappement (12i pour fermer ou ouvrir l'orifice du conduit d'échappement (8) caractérisé par le fait que l'injecteur (14) est placé et dirigé de manière que le jet d'essence (15) vienne frapper la surface intérieure (12a) de la soupape d'échappement 12) dirigée vers la chambre de combustion (5), dans le cas où l'injection a lieu directement dans la chambre de combustion t5s, au moment de l'ouverture de la soupape d'admission (10). 3.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le nez de l'injecteur (14a) par où sort le jet d'essence (15) est disposé au voisinage de l'orifice du conduit d'admission (7) et légèrement en retrait par rapport au conduit d'admission (7). 4.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'injecteur (14) est un injecteur de type classique utilisé dans le cas d'une injection indirecte dans le conduit d'admission d'un moteur, cet injecteur (14) étant relié à un circuit d'essence à basse pression. 5-- Procédé d'injection d'un jet d'essence (15) dans un moteur comportant au moins un cylindre (1) dans lequel est ménagée une chambre de combustion (5), au moins un conduit d'admission (7) dont une extrémité communique avec la chambre de combustion par un orifice, au moins une soupape d'admission (10) pour fermer ou ouvrir l'orifice du conduit d'admission (7) et un injecteur d'essence (14) débouchant dans le conduit d'admission, caractérisé par le fait lue l'injection du jet d'essence ( est commandée alors que la soupape d'admission (10) est dans sa position ouverte, de sorte que le jet (15) pénètre directement dans la chambre de combustion (5) sans entrer en contact avec la soupape d'admission t 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le jet d'essence (15) est dirigé de manière à venir frapper la surface intérieure (12a) d'une soupape d'échappement (1) à l'intérieur de la chambre de combustion (5). 7.- Procédé d'injection d'un jet d'essence (15) dans un moteur comportant au moins un cylindre (1) dans lequel est ménagée une chambre de combustion (5), au moins un conduit d'admission (7) dont une extrémité communique avec la chambre de combustion par un orifice, au moins une soupape d'admission (10) pour fermer ou ouvrir l'orifice du conduit d'admission (7) et un injecteur d'essence (14) débouchant dans le conduit d'admission, caractérisé par le fait que l'injection du jet d'essence (15) est commandée à un instant où la soupape d'admission (10) est dans sa position fermée, le jet d'essence (15) venant frapper la surface extérieure (rob) de la soupape (10) dirigée vers le conduit d'admission (7) et opposée à sa surface intérieure (lova) dirigée vers la chambre de combustion (5). 8.- Procédé d'injection d'un jet d'essence (15) dans un moteur comportant au moins un cylindre (1) dans lequel est ménagée une chambre de combustion (5), au moins un conduit d'admission (7) dont une extrémité communique avec la chambre de combustion par un orifice, au moins une soupape d'admission (10) pour fermer ou ouvrir l'orifice du conduit d'admission (7) et un injecteur d'essence (14) débouchant dans le conduit d'admission, caractérisé par le fait que l'injection du jet d'essence (15) est effectuée successivement lorsque la soupape d'admission ( est dans sa position ouverte, le jet d'essence (15) pénétrant directement dans la chambre de combustion (5) sans entrer en contact avec la soupape d'admission (10) et, lorsque la soupape d'admission (10) est fermée, le jet d'essence (15) venant frapper la surface extérieure (lOb) de la soupape d'admission (10) dirigée vers le conduit d'admission (7) et opposée à sa surface intérieure (10a) dirigée vers la chambre de combustion, suivant les conditions de fonctionnement du moteur. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que le jet d'essence (15) est injecté sous une faible pression voisine de 3 bars.