Brevet FR2704601A1 — publié le 19941104

Système d'alimentation d'air pour injecteurs de carburant du type à manteau d'air équipant un moteur à combustion interne. La présente invention concerne un système d'alimentation d'air pour les injecteurs de carburant du type à manteau d'air équipant un moteur à combustion interne qui peut être utilisé, par exemple, comme moyen d'entraînement d'un véhicule routier, notamment d'un véhicule automobile. Pour les moteurs du type à injection de carburant, une bonne pulvérisation du carburant sortant des injecteurs et une bonne vaporisation du carburant dans l'air pour alimenter le moteur assure une bonne combustion du carburant dans le moteur. Cela a pour conséquence directe une diminution des émissions de gaz nocifs d'échappement, donc une diminution de la pollution atmosphérique. Un moyen connu pour obtenir une bonne pulvérisation du carburant consiste à injecter de l'air en même temps et sur le jet de carburant à la sortie de l'injecteur pour former un aérosol au niveau des soupapes d'admission du moteur. Les injecteurs de ce type sont connus sous le nom d'injecteurs à manteau d'air. Jusqu'à présent, pour former le manteau d'air associé à l'injecteur, on prélève de l'air soit dans le circuit principal d'admission d'air du moteur à un endroit situé en amont du boîtier papillon qui a pour fonction de régler le débit d'air dans le circuit principal d'admission, soit par un circuit spécifique. La quantité d'air ainsi prélevée alimentant les injecteurs pour la pulvérisation du carburant est contrôlée par un circuit de dérivation indépendant du circuit de régulation du régime de ralenti du moteur. Le circuit de dérivation peut être équipé d'un ajutage ou d'une électro-vanne à débit variable afin de réguler le débit d'air alimentant l'injecteur à manteau d'air. Pour certains types de moteurs à injection de carburant, on sait également équiper le circuit principal d'admission d'air d'un circuit secondaire qui permet de capter le surplus d'évaporation du carburant dans le réservoir de carburant pour l'introduire dans le circuit principal d'admission d'air. Ce circuit secondaire a pour but principal d'éviter le rejet direct de la vapeur de carburant dans l'atmosphère, car le réservoir de carburant doit être fermé hermétiquement, ce qui pose un problème lors des variations de pression dans le réservoir provoquées notamment par les variations de température atmosphérique. La solution la plus simple consiste donc à évacuer le surplus d'évaporation du carburant vers l'extérieur du réservoir. Le circuit secondaire d'évacuation de la vapeur de carburant est connu sous le nom de circuit de purge du canister. Ce circuit comprend un canister qui est en général sous forme d'un filtre à charbon actif enfermé dans un carter étanche et permet de capter la vapeur de carburant provenant du réservoir de carburant. On introduit de l'air dans le carter pour évacuer de nouveau la vapeur de carburant captée par le charbon actif du filtre via un conduit de purge vers le collecteur d'admission du circuit principal d'admission d'air du moteur. Le conduit de purge est équipé en général d'une électro-vanne de régulation de débit qui est commandée par un calculateur d'injection associé au moteur. Jusqu a présent, le circuit de dérivation pour former le manteau d'air aux injecteurs et le circuit de purge du canister sont totalement indépendants l'un de l'autre et exercent chacun son rôle propre dans le système d'admission d'air pour le moteur à injection de carburant. La présente invention se propose de combiner les fonctions respectives de ces deux circuits en alimentant les injecteurs à manteau d'air directement par le circuit de purge du canister. Un autre objet de l'invention est d'optimiser à la fois le débit nécessaire à la pulvérisation du carburant au niveau des injecteurs et le débit de purge du canister, ce qui permet de diminuer considérablement la pollution atmosphérique par les gaz d'échappement du moteur. Le système d'alimentation d'air pour injecteurs de carburant du type à manteau d'air équipant un moteur à combustion interne, selon l'invention, comprend un circuit principal d'admission d'air pourvu d'un boîtier papillon de régulation de débit et d'un collecteur d'admission en aval du boîtier papillon et ayant plusieurs conduits d'amenée d'air vers les cylindres du moteur, au moins un injecteur de carburant du type à manteau d'air débouchant dans chacun des conduits d'amenée d'air. Selon l'invention, le système comprend en outre un circuit de purge du canister qui transfère la vapeur du carburant à partir d'un réservoir de carburant directement dans le manteau d'air d'un injecteur en fonctionnement.Le circuit de purge du canister comprend un conduit d'évacuation reliant la partie supérieure du réservoir de carburant à un filtre à charbon actif enfermé dans un carter étanche, un conduit d'alimentation d'air pour le filtre, un conduit de purge équipé d'une électro-vanne de régulation de débit et reliant le carter étanche à l'entrée d'air de l'injecteur à manteau d'air. L'électro-vanne de purge est pilotée par un calculateur d'injection associé au moteur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le système d'alimentation d'air comprend en outre un premier conduit de dérivation reliant directement le circuit principal d'admission d'air en amont du boîtier papillon au conduit de purge en aval de l'électro- vanne de purge. On peut également équiper le système d'alimentation d'air de l'invention d'un second conduit de dérivation reliant directement le circuit principal d'admission d'air en amont du boîtier papillon au conduit de purge en amont de l'électro-vanne de purge. Grâce à l'invention, on peut réaliser un système d'alimentation d'air de structure plus compacte et moins coûteuse que les systèmes existants. On peut davantage optimiser la combustion du carburant, puisque l'invention permet l'alimentation du moteur en carburant pulvérisé et en carburant vaporisé simultanément, les débits de vapeur de carburant issus du canister les plus forts possibles compatibles avec le fonctionnement général du moteur étant autorisés. De plus, l'invention permet une meilleure répartition du débit de purge entre les cylindres du moteur, puisque l'arrivée de la vapeur de carburant issue du canister est directement connectée à chaque injecteur associé à un cylindre déterminé du moiteur. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier en comparaison de l'état de la technique, pris à titre nullement limitatif et illustré par des dessins annexés, surlesquels sur lesquels: la figure 1 est un schéma de fonctionnement d'un injecteur à manteau d'air classique, les figures 2 et 3 montrent deux systèmes d'alimentation d'air selon l'état de la technique, et la figure 4 montre un mode particulier de réalisation de l'invention. Comme montré sur la figure 1, un injecteur du type à manteau d'air 1 comprend un corps d'injecteur 2 (représenté verticalement sur le dessin) qui est alimenté en carburant à son extrémité supérieure 2a et qui pulvérise le carburant par son extrémité inférieure de sortie 2b, et un boîtier raccord 3 monté autour du corps 2 de l'injecteur. Le boîtier raccord 3 présente un conduit de connexion 4 dont l'entrée 4a est reliée à un conduit 5 d'alimentation d'air. Le boîtier raccord 3 présente une partie de montage 6 sous forme sensiblement tubulaire qui est prolongée vers le bas par une partie rétrécie tubulaire 6a ouvert à son extrémité inférieure. Dans la partie rétrécie tubulaire 6a est monté un pulvérisateur 7 qui constitue la partie inférieure du corps d'injecteur 2. Lors du fonctionnement de l'injecteur à manteau d'air 1, on alimente simultanément l'injecteur 2 en carburant via son entrée 2a et le boîtier raccord 3 en air via le conduit d'alimentation 5 et le conduit de connexion 4. L'air introduit dans le boîtier raccord 3 forme un manteau dans le pulvérisateur 7 qui entoure une buse non représentée d'injection de carburant pour produire à l'extrémité de sortie 2b, une pulvérisation en fines gouttelettes de carburant véhiculées dans un jet d'air (flèche 8) aboutissant dans le conduit d'amenée d'air 9 associé à un cylindre de moteur non représenté. La circulation d'air dans le conduit d'amenée d'air 9 est représenté par la flèche 10. L'air chargé de gouttelettes de carburant arrive au niveau des soupapes 11 d'admission du cylindre correspondant du moteur, l'ouverture des soupapes d'admission 11 permettant l'introduction d'air chargée de carburant dans le cylindre en vue d'une combustion dans le moteur. Les figures 2 et 3 montrent deux systèmes d'alimentation d'air déjà connus. Les systèmes comprennent un circuit principal 12 d'admission d'air pourvu d'un boîtier papillon 13 et d'un collecteur d'admission 14. Le boîtier papillon 13 est relié, pour le cas d'un véhicule automobile, à la pédale d'accélération (non représentée) dont l'actionnement entraîne le pivotement du papillon 13 qui règle le débit d'air (dont le sens de la circulation est représenté par la flèche 15) entrant dans le collecteur d'admission 14 situé en aval du boîtier papillon 13. Le collecteur d'admission 14 débouche sur plusieurs conduits d'amenée d'air 16 (référencés par 9 sur la figure 1) dont un seulement est représenté sur les figures. Chaque conduit d'amenée d'air 16 débouche dans un cylindre 17 d'un moteur par l'intermédiaire des soupapes d'admission d'air 18 (référencées par 11 sur la figure 1). A chaque conduit d'amenée d'air 16 est associé au moins un injecteur à manteau d'air 1 qui pulvérise du carburant dans le conduit d'amenée d'air 16 au voisinage des soupapes d'admission d'air 18 du moteur non représenté. A chaque injecteur est associé un conduit d'alimentation d'air 19 (représenté par 5 sur la figure 1) qui prélève une partie de l'air entrant dans le circuit principal 12 en amont du boîtier papillon 13 afin de former le manteau d'air nécessaire à la pulvérisation du carburant pour l'injecteur 1 correspondant. Pour régler le débit d'air dans le conduit d'alimentation 19 associé à l'injecteur 1, on peut placer un ajutage 20 (figure 2) ou une électrovanne 21 (figure 3) à débit variable pilotée par un calculateur d'injection 22 via une liaison 23. Un circuit de régulation du régime du moteur au ralenti est également prévu. Ce circuit comprend une vanne de régulation 24 commandée par le calculateur d'injection 22 via une liaison 25. Un conduit 26 d'entrée de vanne prélève une partie de l'air dans le circuit principal 12 en amont du boîtier papillon 13 et alimente la vanne de régulation de ralenti 24. Un conduit 27 de sortie de vanne relie la vanne de régulation 24 au circuit principal 12 en aval du boîtier papillon 13. Un circuit de purge du canister relie un réservoir de carburant non représenté au collecteur d'admission d'air 14 du système. Le circuit comprend un canister 28 sous forme d'un filtre à charbon actif 29 enfermé dans un carter étanche 30, un conduit 31 d'amenée de la vapeur du carburant à partir du réservoir de carburant vers le filtre 29 à travers la paroi du carter étanche, un conduit de purge 32 dont une extrémité 32a débouche dans un compartiment 33 formé entre le filtre 29 et son carter étanche 30, et dont l'autre extrémité 32b débouche dans le collecteur d'admission 14 du circuit principal 12. Une électrovanne 24 (vanne de purge du canister) est montée sur le conduit de purge 32 afin de réguler le débit de purge dans le conduit de purge 32, l'électro-vanne de purge étant pilotée par le calculateur d'injection 22 via une liaison 35.Le canister 28 comprend un conduit d'alimentation d'air 36 débouchant dans le carter étanche 30 à l'opposé du compartiment 33 par rapport au filtre 29. Ainsi, l'air introduit dans le canister 28 traverse le filtre 29 avant d'être évacué par le conduit de purge 32 vers le collecteur d'admission 14. En fonctionnement, le surplus de la vapeur de carburant issue du réservoir de carburant est capté, via le conduit 31, par le filtre à charbon actif 29. L'air introduit par le conduit 36 dans le canister 28 entraîne une parie de la vapeur de carburant vers le conduit de purge 32 dont le débit est régulé par l'électro-vanne 34 de façon à éviter la saturation du filtre 29 en carburant. L'air introduit dans le collecteur d'admission 14 par l'intermédiaire du conduit de purge 32 est donc chargé en vapeur de carburant et enrichit le mélange gazeux final qui sera introduit dans les cylindres 17 du moteur. On se réfère maintenant à la figure 4 pour décrire un exemple de réalisation de l'invention. En comparaison des systèmes illustrés sur les figures 2 et 3, seules les différences significatives entre les systèmes décrits précédemment et le système de l'invention seront indiquées ci-après, les parties comparables ayant été déjà décrites précédemment. Dans le système illustré sur la figure 4, le circuit de purge du canister remplace l'ensemble formé par le circuit d'alimentation d'air des injecteurs à manteau d'air et le circuit de purge du canister dans les systèmes classiques. Selon l'invention, le conduit de purge 37 relie directement le canister 28 et l'injecteur à manteau d'air 1 de façon à ce que le débit de purge contribue directement à la formation du manteau d'air associé à l'injecteur. Ainsi, le débit de purge enrichi de la vapeur de carburant est introduit dans le conduit d'amenée d'air 16 localement et directement avec la pulvérisation du carburant par l'injecteur 1. De cette façon, on obtient une meilleure utilisation de la vapeur de carburant issue du réservoir de carburant. n est possible de piloter par le calculateur d'injection 22 la vanne de purge 34 pour obtenir toujours le plus fort débit de purge compatible avec une bonne pulvérisation à l'injecteur, avec une purge satisfaisante du canister évitant la saturation du filtre 29, avec une régulation de ralenti opérationnelle selon les circonstances et avec une régulation de richesse du mélange gazeux à l'entrée des cylindres 17 égale à 1 (non perturbée). Pour le fonctionnement du système on peut envisager de programmer couverture de la vanne de purge 34 dans une table en pression d'air/régime moteur à l'intérieur du calculateur d'injection 22, autorisant le débit d'air nécessaire à la bonne pulvérisation des injecteurs par exemple de 0,5 à 1 kg d'air par heure par injecteur. Une correction de débit peut être apportée en cas de dérive de fonctionnement du système: si la consigne de régime ne peut etre tenue par la vanne de régulation de ralenti 247 on règle l'ouverture de la vanne de purge 34; si la régulation de la richesse du mélange diffère trop de la valeur théorique de la richesse, on réduit le débit d'injecteur par action directe sur le temps d'injection. Le système de Invention peut comporter un premier conduit de dérivation 38 liant le circuit principal 12 d'admission d'air en amont du boîtier papillon 13 et le conduit de purge 37 en aval de la vanne de purge 34. Ce premier circuit de dérivation 38 permet un apport en air supplémentaire au débit de purge issu de la vanne de purge 34 en diluant ledit débit de purge. En remplacement ou en plus du premier circuit de dérivation 38, on peut installer un second conduit de dérivation 39 qui relie le circuit principal 12 d'admission d'air en amont du boîtier papillon 13 au conduit de purge 37 en amont de la vanne de purge 34. Le conduit de purge 37, le premier conduit de dérivation 38 et le second conduit de dérivation 39 peuvent comporter chacun un ajutage individuel 40, 41 et 42, cela dans l'objectif d'avoir une régulation fine de la quantité et de la richesse en vapeur de carburant dans l'air alimentant l'injecteur. La présence des conduits de dérivation 38 etl ou 39 est particulièrement intéressante pour éviter d'avoir des débits de carburant trop importants alimentant le moteur au ralenti et dans les faibles charges apportées par la purge du canister. I1 est en effet nécessaire dans ce cas d'opérer une dilution du débit de purge au moyen d'un ajutage simple 40, 41 ou 42, ou d'une combinaison de ces ajutages dans les différents conduits concernés.A titre d'exemple, pour avoir un bon fonctionnement au ralenti, un moteur de deux litres de cylindrée consomme un débit d'air total d'environ 9 kg par heure à chaud qui peut être réparti de la façon suivante: - 3 kg /h pour le débit total à tous les injecteurs à manteau d'air dont 2 kg /h par l'ajutage 41 du premier conduit de dérivation 38 et 1 kg/h par la vanne de purge 34; - 3 kg iii pour les fuites au niveau du boîtier papillon 13; - 1,5 kg /h pour un ajutage de réaspiration non représenté destiné à la ventilation du carter inférieur du moteur; - 1,5 kg /h par la vanne de régulation de ralenti 24. Pour les autres conditions de fonctionnement du moteur nécessitant un débit d'air plus important (moteur à froid par exemple), il devient nécessaire d'ouvrir prioritairement la vanne de purge 34. Grâce à la vanne de purge 34 et au jeu d'ajutage 40, 41 et 42 dans les conduits de purge 37 et de dérivation 38 et 39, on peut régler avec finesse l'air d'alimentation des injecteurs à manteau d'air 1 en vue d'optimiser la richesse du mélange gazeux à rentrée des cylindres 17 du moteur. On peut par exemple prévoir que le débit de purge issu de la vanne de régulation 34 est supérieur ou égal à la moitié du débit du premier conduit de dérivation 38. Le système d'alimentation d'air de l'invention est particulièrement intéressant pour équiper des véhicules routiers notamment des véhicules automobiles. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation d'air pour injecteurs de carburant du type à manteau d'air équipant un moteur à combustion interne, comprenant un circuit principal (12) d'admission d'air pourvu d'un boîtier papillon (13) de régulation de débit et d'un collecteur d'admission ayant plusieurs conduits d'amenée d'air (16) vers les cylindres (17) du moteur, au moins un injecteur (1) de carburant du type à manteau d'air débouchant dans chacun des conduits d'amenée d'air, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de purge du canister qui transfère la vapeur du carburant à partir d'un réservoir de carburant directement dans le manteau d'air de I'un des injecteurs en fonctionnement, ledit circuit de purge comprenant un conduit (31) d'amenée de la vapeur de carburant vers un canister (28) pourvu d'un filtre à charbon actif (29) enfermé hermétiquement dans un carter (30), un conduit de purge (37) reliant un compartiment (33) du canister à l'injecteur via une électro-vanne de régulation de débit (34) pilotée par un calculateur d'injection (22) associé au moteur, le canister (28) étant alimenté en air via un conduit (36) situé à l'opposé du compartiment (33) par rapport au filtre (29). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comprend un premier conduit de dérivation (38) reliant le circuit principal (12) en amont du boîtier papillon (13) et le conduit de purge (37) en aval de la vanne de régulation (34). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un second circuit de dérivation (39) reliant le circuit principal (12) en amont du boîtier papillon (13) et le conduit de purge (37) en amont de la vanne de régulation (34). 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ajutage (41, 42) dans le premier circuit de dérivation (38) et/ou le second conduit de dérivation (39). 5. Système selon I'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de purge (37) comporte un ajutage (40) en amont de la vanne de régulation (37). 6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le débit de purge issu de la vanne de régulation (34) est supérieur ou égal à la moitié du débit du premier conduit de dérivation (38). 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de régulation de ralenti du moteur qui comprend une vanne de régulation de ralenti (24) reliée au circuit principal (12) d'admission d'air via deux conduits (26,27) débouchant respectivement en amont et en aval du boîtier papillon (13) dans le circuit principal, la vanne de régulation de ralenti (24) étant pilotée par le calculateur d'injection (22).