Brevet FR2806445A1 — publié le 20010921

i L'invention concerne un procédé pour former un mélange carburant-air inflammable dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, comportant un injecteur qui possède un corps de fermeture et à l'aide duquel le carburant est introduit en au moins deux quantités dans la chambre de combustion. On connaît déjà un procédé pour former un mélange carburant-air inflammable, d'après le document allemand E 196 42 653 Cl. Un mélange carburant-air inflammable peut être formé dans les cylindres de moteurs à combustion interne à injection directe par le fait qu'après la libération d'une ouverture d'injecteur par soulèvement d'un organe de soupape à partir d'un siège de soupape entourant le siège de l'injecteur, du carburant est injecté au moyen d'un injecteur dans la chambre de combustion délimité par le piston. Pour pouvoir obtenir la formation interne d'un mélange, optimisé du point de vue de la consommation et des émissions, à chaque instant pour chaque point de fonctionnement du champ de caractéristiques, dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne, notamment dans le fonctionnement avec stratification du mélange, il est prévu que la course d'ouverture de l'organe de soupape et la durée d'injection soient réglables d'une manière variable. Une modification de la géométrie du jet est possible sous l'effet du dépôt de calamine sur la soupape d'injection et d'une éjection accrue de suie en raison d'une mauvaise formation du mélange dans le fonctionnement avec alimentation pauvre stratifié, ainsi qu'en raison de la réduction de la sécurité d'inflammation en raison d'une qualité variable du mélange au niveau de la bougie d'allumage et en raison d'un dépôt de calamine lors du fonctionnement en régime pauvre avec une alimentation pauvre stratifiée. En outre on obtient des quantités accrues de carburant non brûlé sous l'effet de l'appauvrissement de zones du mélange dans le cas du fonctionnement stratifié à alimentation pauvre. A cela s'ajoute un mouillage des bougies d'allumage et par conséquent leur défaillance par le fait qu'elles se recouvrent de suie et, des émissions accrues de substances nocives en raison d'une combustion incomplète du mélange au niveau des bougies d'allumage, sous l'effet d'une dispersion statistique du jet d'injection et d'un aplatissement du jet d'injection sous l'effet d'une contre- pression dans la chambre de combustion dans le cas du fonctionnement avec un mélange pauvre stratifié, c'est-à- dire une probabilité accrue de ratés d'allumage. L'invention a pour but de garantir la sécurité d'allumage et d'éviter, en chaque point de fonctionnement, un formation de calamine sur la bougie d'allumage. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que le corps de fermeture de l'injecteur peut être placé dans sa position fermée après l'injection de chacune des quantités. De ce fait l'introduction du carburant ou les deux impulsions de carburant apparaissent d'une manière définie à un instant considéré et par conséquent apportent une contribution importante à la formation optimale du mélange. Sous l'effet de la fermeture de l'ouverture de l'injecteur sans réduction de la pression de carburant appliquée, l'impulsion respective de carburant est nettement meilleure. A cet effet il est avantageux que la première quantité soit supérieure à la seconde quantité, et que tout d'abord 70 % à 99 % ou 80 % à 88 % de la quantité totale de carburant soit introduite et, au bout de 0,05 ms à 0,4 ms ou de 1 du vilebrequin à 5 du vilebrequin, la quantité restante est introduite, le cycle d'injection se terminant entre des positions correspondant à 50 du vilebrequin et du vilebrequin avant le point mort haut. La quantité principale de carburant introduite en premier est préparée d'une manière optimale sur la base de la durée prolongée de formation du mélange jusqu'à l'allumage et au moyen de la seconde impulsion de la quantité de carburant restante, et il apparaît un mélange carburant-air inflammable non appauvri. Conformément à une variante de réalisation, une possibilité supplémentaire réside dans le fait que le carburant est introduit sous la forme d'un cône de carburant et qu'à l'extrémité de la surface de l'enveloppe conique de ce cône, au moins un tourbillon torique est produit au voisinage d'un piston et qu'un mélange carburant-air combustible, non appauvri, qui garantit le déclenchement de l'allumage, est formé au voisinage d'une bougie d'allumage. Le tourbillon torique entraîne le carburant introduit, à l'intérieur et à l'extérieur du cône de carburant dans les autres parties de la chambre de combustion et surtout au voisinage de la bougie d'allumage. Il est en outre avantageux que l'ouverture de l'injecteur soit située à une distance (A) du toit, de la chambre de combustion comprise entre 1 mm et 8 mm et à une distance (B) par rapport à la bougie d'allumage, comprise entre 10 mm et 15 mm, la pression d'injection de l'injecteur étant modifiée entre 100.105 Pa et 300.105 Pa ou entre 150.105 Pa et 250. 105 Pa et en ce que le jet de carburant, qui sort de l'injecteur, soit agencé avec une forme approximativement conique et possède un angle de jet a constant, qui est indépendant de la position et de l'emplacement de l'élément de fermeture. A cet effet la réalisation du jet de carburant, qui est nécessaire pour une formation optimale du mélange, est obtenue sous la forme d'un tourbillon torique. La position de la bougie d'allumage et celle du jet de carburant sont des paramètres déterminants. Enfin, conformément à une forme de réalisation préférée de la solution selon l'invention, il est prévu que l'angle a du jet soit inférieur, d'une valeur comprise entre 19 % et 50 % ou entre 20 % et 40 %, à l'angle D du toit de la chambre de combustion. Ceci permet d'empêcher par conséquent un mouillage du toit de la chambre de combustion ou l'application du tourbillon torique contre le toit de la chambre de combustion. Il est particulièrement important pour la présente invention que le jet de carburant possède à l'extrémité de son enveloppe conique, au voisinage du piston, au moins un tourbillon torique ou un tourbillon torique intérieur et un tourbillon torique extérieur. Par conséquent on obtient une formation optimale du mélange dans l'ensemble de la chambre de combustion. En liaison avec l'agencement et la disposition selon l'invention, il est avantageux que l'élément de fermeture soit monté de manière à pouvoir tourner coaxialement et soit déplaçable axialement à tout moment, au moyen de l'organe de réglage, entre 0 gm et 80 um ou entre 10 gm et 50 um dans la chambre de combustion. Le corps de fermeture rotatif introduit par conséquent une composante de vitesse dans la direction circonférentielle dans le jet de carburant ou dans le cône de carburant, de sorte que la formation du mélange et l'introduction du carburant sont améliorées. Il est en outre avantageux que le corps de fermeture possède une surface d'étanchéité de forme conique possédant un angle 8 compris entre 60 et 90 ou entre 70 et 85 , et qu'un boîtier de l'injecteur comprend une section transversale de sortie en forme de courbe, de parabole ou de cône, qui forme l'injecteur, conjointement avec une pièce d'étanchéité de la surface d'étanchéité. De ce fait, l'ouverture de la fente ou de l'injecteur se rétrécit d'une manière permanente avec une section transversale de sortie en forme de courbe ou de parabole, en direction de la sortie et le jet de carburant est par conséquent accéléré continûment jusqu'à sa sortie. Le jet de carburant possède un angle a qui est indépendant de l'élément de fermeture. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe d'un cylindre comportant un piston, un injecteur et une bougie d'allumage; - la figure 2 montre une représentation en coupe d'un cylindre comportant un piston, un injecteur, une bougie d'allumage et un tourbillon torique; et - la figure 3 représente une représentation en coupe de l'injecteur de la soupape d'injection. Les figures 1 et 2 représentent un cylindre 12 d'un moteur à combustion interne à injection directe, dans lequel un piston 9 délimite, avec une culasse 13 fermant le cylindre 12, une chambre de combustion 2. Dans la culasse 13, un injecteur 1 pour le carburant est disposé coaxialement à une distance comprise entre 0 mm et 10 mm d'un axe 15 du cylindre. La culasse 13 ou un toit 8 de chambre de combustion est agencé en forme de cône ou de toit dans cette zone, l'injecteur 1 étant disposé au point le plus élevé, c'est-à-dire dans la zone de la pointe proprement dite du cône ou du toit. Une unité de commande non représentée détermine de façon spécifique pour chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne l'instant, qui est associé à la position d'un vilebrequin ou du piston respectif 9, de la libération d'une ouverture 4 de l'injecteur 1. Le carburant pénètre par cette ouverture sous la forme d'un cône de carburant 7 dans la chambre de combustion 2, pendant les différentes phases d'un cycle d'injection. Dans la chambre de combustion 2, un mélange carburant-air inflammable est formé avec l'air d'alimentation envoyé par le canal d'admission non représenté au cylindre 12 et le carburant injecté. Dans le fonctionnement avec stratification, l'injection du carburant s'effectue pendant la course de compression. Avec le processus d'injection, un nuage de mélange se forme, lors du processus d'injection, dans la chambre de combustion 2 à partir du cône de carburant injecté 7. Le cône de carburant 7 fait un angle a compris entre 70 et 90 , qui est toujours légèrement inférieur à l'angle D du toit de la chambre de combustion. Une bougie d'allumage 3 est positionnée dans la chambre de combustion 2 de telle sorte que son axe médian est approximativement vertical, c'est-à-dire qu'il fait un écart compris entre 0 et 30 par rapport à l'enveloppe conique 7 du carburant, l'enveloppe conique 7 du carburant ne mouillant pour l'essentiel pas une électrode de masse 3' de la bougie d'allumage 3. Dans le cas d'une pression d'injection compris entre 100.105 Pa et 300.105 Pa, il se forme au voisinage du piston 9, et à partir de la génératrice du jet de carburant, ce qu'on appelle un tourbillon torique 11, 11' (voir figure 2). Le tourbillon torique 11 apparaît sous l'effet d'un enroulement du cône de carburant 7 à partir de la génératrice du cône de carburant 7 avant que le cône de carburant 7 rencontre le piston 9. Un tourbillon torique 11 se forme sur le côté extérieur du cône au-delà de la périphérie du cône en direction du toit 8 de la chambre de combustion. Avec le tourbillon torique 11 qui apparaît et dans la zone de ce tourbillon torique 11, le carburant est mélangé à l'air de la chambre de combustion. Etant donné que le tourbillon torique extérieur 11 se forme au-dessus du cône de carburant 7, il existe au voisinage de la bougie d'allumage 3 ou de son électrode 3' un mélange carburant- air inflammable, non appauvri. Un second tourbillon torique 11' se forme à l'intérieur cône de carburant 7. Un mélange carburant-air inflammable et non appauvri est formé au voisinage dans la zone de l'injecteur 1. La figure 3 représente l'injecteur 1 comportant un élément de fermeture 6 d'un corps de fermeture 10. Il possède en outre un boîtier cylindrique 17 formé autour d'un axe longitudinal, et une chambre de carburant 18 située entre la paroi 10 du boîtier et l'élément de fermeture 6. L'élément de fermeture 6 est accouplé mécaniquement, au niveau de son extrémité supérieure, à l'organe de réglage non représenté ainsi qu'à un ressort de rappel. Etant donné que l'organe de réglage est un élément piézoélectrique, qui se dilate sous l'effet d'une tension électrique et par conséquent garantit la course de l'élément de fermeture 6. La pression, qui règne dans la chambre à carburant 18 applique, en plus de la force du ressort, une force de rappel sur une face frontale supérieure non représentée de l'élément de fermeture 6. Par conséquent l'étanchéité de l'injecteur 1 est garantie à chaque instant. L'injecteur 1 possède l'ouverture 4 ainsi que le corps de fermeture 10. L'ouverture 4 est formée d'une part par une partie de forme courbe 25 au niveau de l'extrémité inférieure de la paroi 17 du boîtier. La partie de forme courbe 25 de la paroi 17 du boîtier est agencée avec une forme courbe ou une forme de parabole en coupe transversale sur un côté intérieur, c'est-à-dire sur l'extrémité de la chambre à carburant 18. Le corps de fermeture 10 est agencé sous la forme d'un double cône, c'està-dire qu'il possède aussi bien vers le bas un cône 26 du côté de la chambre de combustion et une surface extérieure conique vers l'intérieur en direction de la chambre de combustion. Cette partie intérieure représenté une surface d'étanchéité conique 24 et forme, avec la partie intérieure 17 en forme de courbe, de parabole ou de cône, un siège d'étanchéité 14 ou l'ouverture 4 de l'injecteur. La génératrice du cône 24 forme la tangente à la partie intérieure courbe 25 de l'ouverture 4 de l'injecteur. Enfin les deux surfaces d'étanchéité 24, 25 s'étendent parallèlement entre elles en direction d'une face extérieure ou d'une face frontale 27 de l'injecteur 1 et font un angle droit avec la génératrice extérieure 25 du corps de fermeture 10. La face frontale 27, qui est située dans cette zone, de la paroi 17 du boîtier est formée de façon correspondante sous la forme d'une surface partielle de cône et établit, avec la génératrice 26, lorsque l'injecteur 1 est à l'état fermé, une jonction plane ou forme une surface conique commune. Par conséquent à l'état fermé, la surface enveloppe conique 26 est augmentée de la partie inférieure du boîtier 17 ou de la face frontale 27. La section transversale de la chambre à carburant 18 se rétrécit par conséquent continûment jusqu'au siège d'étanchéité 14 et en cet endroit est presque nulle, dans l'état fermé. Lors d'un déplacement axial de l'élément de fermeture 6, le corps de fermeture 10 s'écarte, par sa surface d'étanchéité 24, de la partie de forme parabolique du boîtier 17 dans la chambre de combustion 2 et libère par conséquent l'ouverture 4 de l'injecteur pour le carburant présent. La course d'ouverture de l'élément de fermeture 6 et la durée de la libération de l'ouverture 4 de l'injecteur détermine le débit de carburant dans l'ouverture 4 de l'injecteur et par conséquent la quantité totale ou partielle du carburant envoyée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former un mélange carburant-air inflammable dans une chambre de combustion (2) d'un moteur à combustion interne à injection directe, comportant un injecteur (1) qui possède un corps de fermeture (10) et à l'aide duquel le carburant est introduit en au moins deux quantités, par exemple une première quantité et une seconde quantité, dans la chambre de combustion (2), caractérisé en ce que le corps de fermeture (10) de l'injecteur (1) peut être placé dans sa position fermée après l'injection de chacune des quantités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première quantité est supérieure à la seconde quantité. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que tout d'abord % à 99 % ou 80 % à 88 % de la quantité totale de carburant est introduite et, au bout de 0,05 ms à 0,4 ms ou de 1 du vilebrequin à 5 du vilebrequin, la quantité restante est introduite, le cycle d'injection se terminant entre des positions correspondant à 50 du vilebrequin et du vilebrequin avant le point mort haut. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le carburant est introduit sous la forme d'un cône de carburant (7) et qu'à l'extrémité de la surface (7) de l'enveloppe conique de ce cône, au moins un tourbillon torique (11) est produit au voisinage d'un piston (9). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un mélange carburant-air combustible, non appauvri, qui garantit le déclenchement de l'allumage, est formé au voisinage d'une bougie d'allumage (3). 6. Culasse pour un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, O comportant une bougie d'allumage (3) prévue dans la chambre de combustion (2) et l'injecteur (1), qui possède l'élément de fermeture (6) déplaçable au moyen d'un organe de réglage (5), caractérisé en ce qu'une ouverture (4) de l'injecteur (1) est située à une distance (A) du toit, de la chambre de combustion comprise entre 1 mm et 8 mm et à une distance (B) par rapport à la bougie d'allumage (3), comprise entre mm et 15 mm, la pression d'injection de l'injecteur (1) étant modifiée entre 100.105 Pa et 300.105 Pa ou entre 150.105 Pa et 250.105 Pa. 7. Culasse selon la revendication 6, caractérisée en ce que le jet de carburant (7), qui sort de l'injecteur (1), est agencée avec une forme approximativement conique et possède un angle de jet a constant, qui est indépendant de la position et de l'emplacement de l'élément de fermeture (6). 8. Culasse selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'angle a du jet est inférieur, d'une valeur comprise entre 19 % et 50 % ou entre 20 % et 40 %, à l'angle D du toit (6) de la chambre de combustion. 9. Culasse selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que le jet de carburant (7) possède à l'extrémité de son enveloppe conique, qui soit de l'injecteur (1), au voisinage du piston (9), au moins un tourbillon torique ou un tourbillon torique intérieur et un tourbillon torique extérieur (11, 11'). 10. Culasse (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que l'élément de fermeture (6) de l'injecteur (1) est monté de manière à pouvoir tourner coaxialement et est déplaçable axialement à tout moment, au moyen de l'organe de réglage (5), entre 0 pm et 80 pm ou entre 10 pm et 50 gm dans la chambre de combustion (2). 11. Culasse selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que le corps de fermeture (10) de l'injecteur (1) possède une surface d'étanchéité de forme conique (24) possédant un angle 6 compris entre 70 et 90 ou entre 70 et 85 , et qu'un boîtier (17) de l'injecteur (1) comprend une section transversale de sortie en forme de courbe, de parabole ou de cône, qui forme l'injecteur (1), conjointement avec un siège d'étanchéité (14) ou la surface d'étanchéité (24)