Brevet FR2850428A1 — publié le 20040730

a "Moteur à combustion interne comportant un injecteur-pompe agencé coaxialement au cylindre" L'invention propose un moteur à combustion interne à injection directe par un injecteur du type injecteur-pompe. L'invention propose plus particulièrement un moteur à combustion interne comportant au moins un piston qui coulisse axialement dans un cylindre du moteur, en décrivant un mouvement de va-et-vient, et dont la face supérieure délimite la partie inférieure d'une chambre de combustion qui est délimitée 10 dans sa partie supérieure par la culasse du moteur, du type dans lequel la culasse comporte un circuit d'admission qui communique avec la chambre de combustion au travers d'au moins une soupape d'admission, un circuit d'échappement qui communique avec la chambre de combustion au travers d'au moins une 15 soupape d'échappement et un injecteur du type injecteur-pompe, qui injecte du carburant directement à l'intérieur de la chambre de combustion. L'amélioration des conditions de combustion du carburant à l'intérieur de la chambre de combustion nécessite d'injecter le 20 carburant sous la forme de gouttelettes de dimensions les plus petites possibles. Cette pulvérisation fine du carburant est obtenue en injectant le carburant par l'intermédiaire d'un injecteur et à une pression élevée. La technologie des injecteurs-pompe permet d'obtenir une 25 pression d'injection très élevée, actuellement de l'ordre de 2000 bars, nettement supérieure à la pression d'injection d'un système conventionnel, qui est de l'ordre de 1200 bars. Le document EP-A-0.552.899 décrit un tel injecteur-pompe, que l'on dénommera par la suite injecteur. L'injecteur est 30 globalement de forme cylindrique, et il comporte deux parties alignées axialement, dont la partie supérieure constitue la pompe haute pression, et dont la partie inférieure constitue l'injecteur proprement dit, et qui est monté dans la culasse de manière à pulvériser le carburant directement dans la chambre de combustion. On a représenté schématiquement à la figure 1 la culasse d'un moteur, qui comporte un injecteur du type injecteur-pompe, agencé conformément à l'art antérieur. La culasse 10 constitue la partie supérieure du moteur et elle délimite la chambre de combustion du moteur, en collaboration avec le cylindre et le piston (non représentés). La culasse 10 porte un injecteur 14 du type injecteur-pompe, qui 10 alimente la chambre de combustion, en débouchant à travers la paroi inférieure 10i de la culasse 10. La culasse 10 comporte un circuit d'admission et un circuit d'échappement qui communiquent chacun avec la chambre de combustion au travers d'une soupape associée 16, 18 15 respectivement. Enfin, la culasse 10 porte un arbre à cames 20 d'axe principal B transversal à l'axe du cylindre et qui s'étend audessus des soupapes 16, 18. L'arbre à cames 20 comporte trois cames 22a, 22b, 22c qui sont chacune aptes à actionner la 20 soupape d'admission 16 et la soupape d'échappement 18, par l'intermédiaire de poussoirs 24, et l'injecteur 14, respectivement. Selon cet agencement, l'injecteur est actionné par une troisième came 22c de l'arbre à cames 20, par l'intermédiaire d'un culbuteur 26 qui agit sur la partie supérieure 14s de l'injecteur 14 25 constituant la pompe haute pression. Du fait de la présence du culbuteur 26, l'implantation de l'injecteur 14 dans la culasse 10 nécessite d'incliner l'axe C de l'injecteur 14 par rapport à l'axe principal A du cylindre, et la culasse 10 ne peut donc accueillir qu'une soupape 16 d'admission 30 et qu'une soupape 18 d'échappement. Un tel agencement ne permet pas d'agencer quatre soupapes 16, 18 dans la culasse, sans utiliser un deuxième arbre à cames, ce qui entraînerait un encombrement supplémentaire trop important de la culasse 10. De plus, l'inclinaison de l'injecteur 14 par rapport à l'axe A du cylindre ne permet pas d'avoir une répartition homogène du carburant injecté dans la chambre de combustion, ce qui réduit les performances du moteur. L'invention a pour but de proposer un agencement de l'injecteur dans la culasse du moteur qui permette de palier à ces inconvénients. Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'injecteur est agencé dans 10 la culasse de manière que son axe principal s'étende globalement coaxialement au cylindre du moteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le circuit d'admission et le circuit d'échappement du cylindre comportent chacun deux soupapes; - le moteur comporte un arbre à cames unique de commande des soupapes d'admission et d'échappement et de l'injecteur; - l'axe de l'arbre à cames et l'axe du cylindre sont sécants; - les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement sont réparties de part et d'autre d'un plan passant par l'axe du cylindre et l'axe de l'arbre à cames; - chaque soupape est commandée par l'intermédiaire d'un culbuteur interposé entre une came associée de l'arbre à cames 25 et la soupape associée; - les deux soupapes d'admission ou d'échappement sont commandées par un culbuteur commun à fourche; - chaque culbuteur est monté articulé par rapport à la culasse autour d'un axe parallèle à l'axe de l'arbre à cames; - le moteur comporte un poussoir axial d'actionnement de la pompe de l'injecteur interposé entre une came associée de l'arbre à cames et la partie supérieure de l'injecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique en perspective de l'agencement d'une culasse d'un moteur conforme s à l'art antérieur; - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, représentant un agencement d'une culasse conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue latérale de la culasse représentée 10 à la figure 2. Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué aux figures. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, 15 similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On fera référence à la culasse d'un moteur comportant un seul cylindre. Cependant, il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, et que le moteur peut comporter 20 plusieurs cylindres, sans sortir du domaine de l'invention. On a représenté aux figures 2 et 3 la culasse 10 d'un moteur à combustion interne à injection directe, notamment un moteur diesel, qui porte un injecteur 14 du type injecteur-pompe des soupapes 16, 18 du circuit d'admission et du circuit 25 d'échappement, respectivement, et un arbre à cames 20. La chambre de combustion du moteur est délimitée en partie par la paroi inférieure 10i de la culasse 10, et en partie par le cylindre et le piston (non représentés) du moteur, qui sont d'axe principal A globalement vertical. Conformément à l'invention, l'injecteur 14 est agencé dans la culasse 10 coaxialement au cylindre du moteur, c'est-à-dire que l'axe principal C de l'injecteur 14 est sensiblement coaxial à l'axe principal A du cylindre. Une telle disposition de l'injecteur 14 permet d'injecter le carburant directement au centre de la chambre de combustion, ce qui permet d'avoir une répartition homogène du carburant. De plus, cette disposition permet d'agencer quatre s soupapes 16, 18 autour de l'injecteur, à savoir deux soupapes 16 d'admission, et deux soupape 18 d'échappement. Selon l'invention, la culasse 10 porte un seul arbre à cames 20 qui permet de commander les soupapes 16, 18 d'admission et d'échappement, ainsi que l'injecteur 14 d'un même 10 cylindre. L'arbre à cames 20 est ainsi agencé verticalement audessus de l'injecteur 14 en s'étendant globalement transversalement, de manière que l'axe principal B de l'arbre à cames 20 et l'axe principal A du cylindre soit sécants. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les soupapes d'admission 16 et les soupapes échappement 18 sont réparties de part et d'autre d'un plan P vertical transversal passant par l'axe principal A du cylindre et l'axe principal B de l'arbre à cames 20. On retrouve alors un agencement de l'arbre à cames 20 et des soupapes 16, 18 d'un moteur du type "à quatre soupapes et à simple arbre à cames en tête", dans lequel les soupapes 16, 18 sont commandées par les cames 22a, 22b par l'intermédiaire de culbuteurs 28, 30, interposés entre l'arbre à cames et la soupape 25 associée. Chaque culbuteur 28, 30 est articulé autour d'un axe transversal Dl, D2 associé, parallèle à l'axe B de l'arbre à cames 20. Selon un mode de réalisation préféré, l'arbre à cames 20 30 comporte une seule came 22a de commande des soupapes 16 d'admission, et une seule came 22b de commande des soupapes d'échappement 18. La culasse 10 porte à cet effet deux culbuteurs 28, 30 qui sont respectivement associés aux soupapes d'admission 16 et au soupapes d'échappement 18. Les culbuteurs 28, 30 sont des culbuteurs du type "à fourche", aptes à commander simultanément les deux soupapes d'admission 16 ou d'échappement 18 respectivement. Pour cela, chaque culbuteur comporte deux doigts de commande 32 dont l'extrémité libre 32a de chacun est apte à agir sur l'extrémité libre de la queue 16s, 18s d'une soupape 16, 18. Les doigts de commande 32 sont reliés entre eux par un corps 34 du culbuteur 28, 30 associé. L'articulation de chaque culbuteur 28, 30 autour de l'axe transversal Dl, D2 associé est réalisée par l'intermédiaire du corps 34 qui est un élément tubulaire de section circulaire et d'axe principal transversal qui est reçu à rotation autour d'un élément cylindrique complémentaire 36 formant axe, qui est porté 15 par la culasse 10. Enfin, pour coopérer avec la came 22a, 22b associée, chaque culbuteur 28, 30 comporte un deuxième doigt 38 qui s'étend radialement par rapport à l'axe transversal Dl, D2 associé depuis le corps 34 du culbuteur 28, 30 et dont l'extrémité libre 20 38a porte un galet 40 qui est apte à coopérer avec la came 22a, 22b associée. Pour la commande de l'injecteur 14, l'arbre à cames 20 comporte une troisième came 22c, qui est agencée transversalement sur l'arbre à cames 20 entre la première came 25 22a et la deuxième came 22b. L'arbre à cames 20 étant agencé verticalement au-dessus de l'injecteur, comme on peut le voir à la figure 3, la partie supérieure formant pompe 14s de l'injecteur 14 est actionnée par la came 22c par l'intermédiaire d'un poussoir 42 sensiblement 30 coaxial à l'injecteur 14 et qui est interposé entre l'injecteur 14 et la troisième came 22c. Le poussoir 42 est de structure connue, il consiste notamment en un élément globalement cylindrique coaxial à l'axe C et dont la face supérieure 42s est traitée pour pouvoir supporter les contraintes de pression et de frottement dues au contact avec la troisième came 22c. Dans l'agencement de la culasse 10 qui vient d'être décrit, l'axe C de l'injecteur 14 est coaxial à l'axe A du cylindre du moteur. Cependant, il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, et que l'axe C de l'injecteur 14 peut être décalé radialement, ou être incliné par rapport à l'axe A du cylindre, sans sortir du domaine de l'invention. Par ailleurs, dans 10 un tel cas, l'arbre à cames 20 est lui aussi décalé radialement par rapport à l'axe A du cylindre, son axe B n'est alors pas sécant avec l'axe A du cylindre. Un tel agencement de la culasse 10 permet de combiner la technologie des moteurs à soupapes multiples avec la technologie 15 des injecteurs-pompe, tout en ne conservant qu'un seul arbre à cames. De plus, l'actionnement de l'injecteur 14 s'effectue uniquement par l'intermédiaire d'un poussoir 42, dont les déformations pendant le fonctionnement du moteur sont 20 extrêmement faibles. Les moyens d'actionnement de l'injecteur 14 sont donc plus "raides" par rapport aux moyens d'actionnement comportant un culbuteur, conformément à l'art antérieur. BI 1M76 REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comportant au moins un piston qui coulisse axialement dans un cylindre du moteur, en décrivant un mouvement de va-etvient, et dont la face supérieure 5 délimite la partie inférieure d'une chambre de combustion qui est délimitée dans sa partie supérieure par la culasse (10) du moteur, du type dans lequel la culasse (10) comporte un circuit d'admission qui communique avec la chambre de combustion au travers d'au moins une soupape d'admission (16), un circuit 10 d'échappement qui communique avec la chambre de combustion au travers d'au moins une soupape d'échappement (18) et un injecteur (14) du type injecteur-pompe, qui injecte du carburant directement à l'intérieur de la chambre de combustion, caractérisé en ce que l'injecteur (14) est agencé dans la 15 culasse (10) de manière que son axe principal (C) s'étende globalement coaxialement au cylindre du moteur. 2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit d'admission et le circuit d'échappement du cylindre comportent chacun deux soupapes (16, 18). 3. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre à cames unique (20) de commande des soupapes d'admission (16) et d'échappement (18) et de l'injecteur (14) . 4. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé 25 en ce que l'axe (B) de l'arbre à cames (20) et l'axe (A) du cylindre sont sécants. 5. Moteur selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que les soupapes d'admission (16) et les soupapes d'échappement (18) 30 sont réparties de part et d'autre d'un plan passant par l'axe (A) du cylindre et l'axe (B) de l'arbre à cames (20). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que chaque soupape (16, 18) est commandée par l'intermédiaire d'un culbuteur (28, 30) interposé entre une came associée (22a, 22b) de l'arbre à cames (20) et la soupape (16, 18) associée. 7. Moteur selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que les 5 deux soupapes d'admission (16) ou d'échappement (18) sont commandées par un culbuteur commun à fourche (28, 30). 8. Moteur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque culbuteur (28, 30) est monté articulé par rapport à la culasse (10) autour d'un axe (Dl, D2) 10 parallèle à l'axe (B) de l'arbre à cames (20). 9. Moteur selon une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un poussoir (42) axial d'actionnement de la pompe de l'injecteur (14) interposé entre une came associée (22a, 22b) de l'arbre à cames (20) et 15 l'injecteur (14).