Brevet FR2785950A1 — publié le 20000519

INJECTEUR DOSEUR-DISTRIBUTEUR DE GAZ POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE L'invention concerne un injecteur de gaz, de type doseur-distributeur, d'un système d'injection monopoint distribué gazeux pour moteur à combustion interne alimenté par un carburant gazeux, du Gaz de Pétrole Liquifié, GPL, ou du Gaz Naturel pour Véhicule, GNV, par exemple. Selon un mode de réalisation actuel de la marque KOLTEC-NECAM, l'architecture d'un tel système, représenté sur le schéma de la figure 1, comprend un réservoir 1 de Gaz de Pétrole Liquifié GPL, ou de gaz naturel sous pression, relié au moyen d'une électrovanne 2 de sécurité à un détendeur 3. Le rôle de ce dernier est de réchauffer le carburant gazeux GNV qui se détend dans cet organe, ou éventuellement de vaporiser le carburant liquéfié GPL, de réguler la pression du gaz à sa sortie à une valeur donnée, constante ou variable, et de couper l'alimentation du moteur en GPL par l'intermédiaire de l'électrovanne normalement fermée et placée en amont du circuit de détente. La sortie du détendeur 3 est reliée à un doseurdistributeur de gaz 4, de type injecteur, qui reçoit le gaz à une pression égale à la pression de sortie du détendeur pour en assurer le contrôle du débit, et sa distribution sur chaque branche 5 d'un collecteur d'admission d'air 6 du moteur. Une électrovanne 9 placée sur ce doseur-distributeur permet d'assurer une coupure rapide de l'alimentation de gaz. Des buses 7 d'alimentation, fixées sur le collecteur et en nombre égal celui des cylindres 8, du type régulateurs de pression zéro, sont destinées d'une part à contrôler la pression d'alimentation du gaz dans le moteur, en aval du doseur-distributeur de gaz, pour la réguler au voisinage de la pression atmosphérique, et d'autre part à assurer une coupure franche de l'alimentation de carburant gazeux (Fuel Cut Off, FCO) en phase de décélération. L'architecture comporte de plus des tuyauteries de liaison entre des différents composants, un calculateur 9 de contrôle électronique du moteur alimenté en carburant gazeux, qui peut tre le mme que le calculateur électronique de contrôle du fonctionnement à l'essence, et éventuellement des capteurs de pression 10 et de température en amont de l'actuateur de gaz. Actuellement, ce système d'injection continue de marque KOLTEC-NECAM, a la particularité d'utiliser des régulateurs de pression zéro pour favoriser une coupure de l'alimentation du moteur au gaz, au droit du point d'alimentation du collecteur d'admission. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un actuateur doseur-distributeur de KOLTEC-NECAM, qui comporte un moteur pas à pas 20 destiné à actionner un piston 21 dans un cylindre 22. L'entrée 25 du gaz se fait perpendiculairement à l'axe longitudinal du cylindre et la sortie du gaz se fait par des fentes 23 faisant un angle aigu avec cet axe. Une électrovanne 24 de coupure en décélération est montée en bas du cylindre 22. Cet actuateur présente une dynamique de fermeture relativement faible, en raison de la lenteur du moteur pas à pas, qui nécessite l'utilisation d'un régulateur de pression zéro et l'electrovanne de coupure. De plus, concernant les fentes de sortie du gaz, d'une part leur réalisation est délicate, rendant le contrôle du débit peu fiable à un coût industriel faible et la dispersion des sections offertes poste à poste plus grande, et d'autre part le fonctionnement de l'injecteur est tel que ces fentes sont découvertes partiellement, en continu, créant un débit pseudo-continu. Il en résulte une grande sensibilité de dispersion de débit de gaz, d'un injecteur à l'autre, à cause de l'encrassement possible et de la dispersion géométrique de fabrication des fentes aux faibles débits de gaz. Un autre type d'actuateur de gaz, de la marque A. G., est représenté schématiquement selon une vue en coupe transversale sur la figure 3. Le dosage et la séparation du flux principal de gaz, qui arrive à une pression égale à 1,8 bars en entrée 30 du composant, en quatre flux secondaires aux sorties 31 du composant, sont effectués séparément. Le dosage du gaz est effectué en amont de la séparation du flux par un système utilisant une soupape 32, dont la position est pilotée par un solénoïde 33. Le débit du gaz est donc de type pulsé et est contrôlé par le temps d'ouverture de la soupape. le chemin qu'empreinte le flux principal de gaz après son dosage, représenté par des tirets, comporte un coude qui provoque une densité hétérogène du gaz, avant sa séparation en quatre flux secondaires. Il en résulte une dispersion de débit massique poste à poste, en sortie. Par ailleurs, la séparation du flux principal de gaz s'effectue en régime subsonique, ce qui a pour conséquence une sensibilité du doseurdistributeur aux variations de pression situées en aval de celui-ci. Le branchement direct du doseur sur le collecteur d'admission du moteur, sans régulateurs de pression zéro, aurait pour effet de générer des dispersions importantes de richesse à cylindre, en raison des variations de pression collecteur auxquelles cet organe serait soumis. De plus, l'acoustique admission du moteur serait dégradée sans les régulateurs de pression zéro. L'invention vise à résoudre ces problèmes en proposant un injecteur de gaz jouant le rôle de doseurdistributeur, dont l'organe régulateur de débit est une soupape, coulissant dans un corps cylindrique sous l'effet d'un solénoïde, alimenté électriquement, offrant une grande dynamique de fermeture permettant la suppression de l'électrovanne de fermeture et des régulateurs de pression zéro. Le débit du gaz, au droit de la section de distribution, est réalisé en régime sonique, et de plus il est pulsé, c'est-à-dire que les sections de passage du gaz, dans le doseurdistributeur, sont découvertes entièrement pendant une durée limitée. Pour cela, l'objet de l'invention est un injecteur, de type doseur-distributeur, d'un gaz dans les cylindres d'un moteur à combustion interne, alimenté au moins par un carburant gazeux qui est stocké dans un réservoir sous forme liquide ou comprimée, réalisé dans un corps préférentiellement cylindrique comportant une entrée de gaz connectée à un dispositif détendeur du gaz et un nombre de sorties égal au nombre N de cylindres du moteur, reliées chacune directement au collecteur d'admission d'air par un tuyau, caractérisé en ce que, l'entrée du gaz étant située au voisinage du centre d'une première extrémité du corps cylindrique, il est de conception symétrique autour de l'axe longitudinal 6 du cylindre en amont du dosage sur une distance déterminée pour assurer une densité homogène du flux de gaz avant son dosage, et en ce qu'il comporte un organe régulateur de débit du gaz dont la section débitante réalisant le contrôle du dosage constitue une séparation du flux principal du gaz, entrant dans l'injecteur, en N flux secondaires de sortie, identiques et indépendants les uns des autres, en régime sonique, ledit organe régulateur étant piloté en débit pulsé pour assurer une ouverture totale des N sorties de gaz pendant une durée limitée. Selon une caractéristique de l'invention, l'organe régulateur du débit de gaz est une soupape coulissant dans le corps cylindrique, à laquelle sont liées des chicanes entourant les cloisons de séparation des chambres du cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation d'un doseur-distributeur de gaz, illustrée par les figures suivantes qui sont, outre la figure 1 concernant l'architecture d'un système d'injection multipoint gazeux et les figures 2 et 3, une coupe transversale de deux exemples d'actuateur doseur de l'art antérieur : -les figures 4a à 4 : trois vues en coupe longitudinale d'un mode de réalisation non limitatif d'un injecteur de gaz, selon l'invention ; -la figure 5 : une vue en coupe transversale dudit mode de réalisation d'un injecteur de gaz à soupape selon l'invention. Les éléments portant les mmes références sur les différentes figures 4 et 5 remplissent les mmes fonctions en vue des mmes résultats. Selon un mode de réalisation non limitatif, 1'injecteur de gaz selon l'invention vu selon deux coupes longitudinales et orthogonales, aux figures 4a et 4bx est réalisé dans un corps cylindrique 40 d'axe longitudinal 6, comportant une entrée du gaz 41, placée au centre d'une de ses extrémités 42, percée suivant l'axe s longitudinal. Cette entrée est connectée à un dispositif détendeur du gaz, dans le système d'injection monopoint distribué de gaz d'un à combustion interne. La conception du doseur-distributeur est préférentiellement symétrique, plus particulièrement en amont du dosage sur une certaine distance, pour rendre homogène la densité du gaz avant son dosage et minimiser les dispersions de débit de gaz en sortie de 1'injecteur. Un nombre N de cloisons 43 parallèles à l'axe longitudinal 6 séparent l'intérieur du corps cylindrique en N chambres 44 préférentiellement identiques, le nombre N étant égal à celui des cylindres du moteur. Le corps cylindrique est percé par ailleurs d'un nombre N de sorties 45, situées chacune dans une des N chambres 44 du cylindre, et destinées tre reliées directement au collecteur d'admission d'air du moteur par N simples tuyaux, un tuyau par cylindre. L'organe régulateur de débit est ici une soupape 46, destinée à coulisser à l'intérieur du corps cylindrique, le long de son axe longitudinal , entre deux positions extrmes de blocage, assurant respectivement la fermeture et l'ouverture totale du doseur. La tige 47 de la soupape, de mme axe longitudinal 8 que le corps cylindrique, est entourée d'un ressort 48 à son extrémité solidaire d'une butée 49 et d'un solénoïde 50, placé entre le ressort et les chambres 44 et alimenté électriquement. Le déplacement de la soupape est assuré par le solénoïde 50 qui crée un champ magnétique variable. La position de blocage correspondant à la fermeture du doseur-distributeur, donc de ses N chambres, est assurée par blocage de la soupape contre des butées 51, le ressort étant détendu (figure 4a et 4b), et la position de blocage correspondant à son ouverture est assurée par blocage de la butée 49 et compression du ressort (figure 4). La séparation du flux principal de gaz en N flux secondaires s'effectue au droit de la section de passage contrôlant le dosage, ce qui assure une étanchéité dynamique entre les N sorties de l'injecteur doseur-distributeur. Une amélioration de l'étanchéité des N chambres de sortie 44 ainsi réalisées, lors du déplacement de la soupape, est obtenue par l'adjonction de chicanes 52 liées à la soupape et entourant les cloisons 43 de séparation des chambres. La figure 5 est une vue en coupe transversale d'un doseur-distributeur de gaz à soupape 46 et quatre chambres percées chacune d'une sortie 45 de gaz vers le collecteur d'admission, selon l'invention. Selon une caractéristique essentielle, l'injecteur doseur-distributeur de gaz fonctionne en régime sonique, c'est-à-dire que le gaz se déplace à la vitesse du son au droit de la section régulatrice de débit, sur une période d'injection suffisamment importante pour que le système soit peu sensible aux variations de pression du collecteur d'admission et pour favoriser une bonne distribution de richesse cylindre par cylindre. Pour cela, la pression du gaz en amont du doseur-distributeur doit tre égale ou supérieure à 1,9 fois la pression en aval. Elle peut tre fixe ou variable. L'étanchéité de l'injecteur doseur-distributeur sera améliorée si le sens naturel de fermeture de l'organe régulateur de débit, c'est-à-dire la soupape, est le mme que celui du déplacement du gaz dans le cylindre. Un filtre 53, sous forme de grille par exemple, peut tre placé à l'entrée de l'injecteur, en amont du dosage, ainsi que des capteurs de pression et de température peuvent tre implantés en amont de la section débitante de l'organe régulateur, afin de mieux contrôler le débit. Les sections de passage du gaz entre la soupape et le siège, sont ouvertes entièrement pendant une durée limitée de sorte que l'injecteur doseur-distributeur fonctionne en débit pulsé, contrairement au fonctionnement de 1'injecteur KOLTEC-NECAM en débit pseudo-continu, puisque les fentes de sortie sont découvertes partiellement en continu. Grâce à la symétrie de son architecture et au régime sonique du débit de gaz, au droit de la distribution, la position ouverte garantit une indépendance des sorties entre elles. En position fermée, l'injecteur doseur-distributeur de gaz présente une étanchéité suffisante pour ne pas dégrader l'acoustique admission, et pour ne pas polluer en phase de coupure de décélération en GPL, en mode parking moteur arrté, en mode essence... L'actuateur gaz selon l'invention présente une très bonne dynamique de fermeture, qui peut mme tre supérieure à celle de son ouverture. Pour éviter la sensibilité à l'encrassement et les dispersions géométriques de fabrication, la section débitant le gaz est, préférentiellement, ouverte entièrement sur une durée déterminée. La variation relative de section s'en trouve diminuée. Le fonctionnement en régime sonique offre une insensibilité à une fluctuation de pression en aval de l'organe régulateur de débit. Grâce à sa technologie, le doseur-distributeur selon l'invention peut fonctionner sans régulateurs de pression zéro, avec une pression en amont voisine ou supérieure & 1.9 fois la pression en aval égale à la pression du collecteur d'admission. Le fonctionnement dynamique d'un tel doseur est amélioré par une diminution de sa sensibilité à une variation brusque de la pression dans le collecteur. Elle autorise une résolution de débit, sur les faibles et moyennes charges, 2 à 4 fois meilleure que l'art antérieur. L'injecteur selon l'invention peut servir également dans les systèmes de recirculation des gaz d'échappement EGR, pour la redistribution des gaz dans chaque branche du collecteur d'admission. REVENDICATIONS 1. Injecteur, de type doseur-distributeur, d'un gaz dans les cylindres d'un moteur & combustion interne, alimenté au moins par un carburant gazeux, stocké dans un réservoir sous forme liquide ou comprimée, réalisé dans un corps cylindrique comportant une entrée de gaz connectée à un dispositif détendeur du gaz et un nombre de sorties égal au nombre N de cylindres du moteur, reliées chacune directement au collecteur d'admission d'air par un tuyau, caractérisé en ce que l'entrée (41) du gaz étant située au voisinage du centre d'une première extrémité (42) du corps cylindrique (40), il est de conception symétrique autour de l'axe longitudinal (6) en amont du dosage sur une distance déterminée pour assurer une densité homogène du gaz, et en ce qu'il comporte un organe régulateur de débit du gaz dont la section débitante réalisant le contrôle du dosage constitue une séparation du flux principal du gaz, entrant dans l'injecteur, en N flux secondaires de sortie, identiques et indépendants les uns des autres, en régime sonique, cet organe régulateur étant piloté en débit pulsé pour assurer une ouverture totale des N sorties (45) de gaz pendant une durée limitée. 2. Injecteur doseur-distributeur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps cylindrique (40) comporte un nombre N de chambres (44), séparées par N cloisons (43) parallèles à son axe longitudinal (s) et percées chacune par une sortie de gaz (45) et en ce que l'organe régulateur de débit du gaz est une soupape (46) destinée à à l'intérieur du corps cylindrique, le long de son axe longitudinal (s), dont la tige (47) de mme axe (6) est entourée d'un ressort (48) à son extrémité solidaire d'une butée (49) et d'un solénoïde (50) alimenté électriquement, et placé entre le ressort et les chambres, et en ce que le déplacement de la soupape est provoqué par la variation du champ magnétique créé dans le solénoïde entre deux positions de blocage, l'une correspondant à la fermeture du doseur-distributeur, donc de ses N chambres, assurée par blocage de la soupape contre des butées (51), le ressort étant détendu, et l'autre correspondant à son ouverture, est par blocage de la butée (49) et compression du ressort. 3. Injecteur doseur-distributeur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que des chicanes (52) sont liées à la soupape (46) et entourent les cloisons (43) de séparation des chambres (44) pour assurer une meilleure étanchéité desdites chambres lors du déplacement de la soupape dans le corps cylindrique (40). 4. Injecteur doseur-distributeur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un filtre (53), ou une grille, placé à l'entrée de l'injecteur, en amont du dosage, conçu pour homogénéiser le flux de gaz avant sa séparation en flux secondaires et filtrer les impuretés du gaz. 5. Injecteur doseur-distributeur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des capteurs de pression et de température, implantés en amont de la section débitante de l'organe régulateur de débit. 6. Injecteur doseur-distributeur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe régulateur du débit de gaz, constitué par la soupape (46), coulisse dans le corps cylindrique sous l'effet d'une variation de champ magnétique créée par un courant électrique circulant dans le solénoïde (50). 7. Injecteur doseur-distributeur de gaz selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pression en amont de la section régulatrice de débit est égale ou supérieure à 1.9 fois la pression en aval, qu'elle soit constante ou variable.