Brevet FR2867235A1 — publié le 20050909

DISPOSITIF D'ADMISSION EN CARBURANT ET EN AIR D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION INDIRECTE L'invention concerne un dispositif d'admission en carburant et en air d'un moteur à combustion interne à injection indirecte de carburant, et son utilisation pour faire varier la trajectoire du jet de carburant. L'invention s'applique notamment à des moteurs suralimentés ou non. Les dispositifs d'admission en carburant et en air d'un cylindre de moteur à combustion interne, comprennent un conduit principal d'admission d'air qui débouche sur un orifice d'admission de la chambre de combustion du cylindre, une soupape obturant cet orifice d'admission. Dans les moteurs à injection indirecte, un injecteur de carburant débouche dans le conduit d'admission d'air, en amont de la chambre de combustion d'un cylindre, de manière à diriger un jet de carburant vers l'orifice d'admission. Le mélange air/carburant a alors lieu dans le conduit d'admission. Diverses études ont montré l'influence du ciblage du jet de carburant sur l'initiation de la combustion et la combustion elle-même, notamment en terme de pollution. Ainsi, actuellement deux ciblages principaux sont utilisés. Le premier est un ciblage dans lequel le jet de carburant est dirigé vers la partie médiane de la soupape, c'est-à-dire vers l'axe de la soupape. Le deuxième ciblage consiste à diriger le jet de carburant vers la partie inférieure de la soupape. En comparaison avec le deuxième ciblage, le premier ciblage favorise la combustion du mélange à chaud avec des émissions d'hydrocarbures imbrûlés réduites à chaud. Toutefois, ce ciblage conduit à des émissions d'hydrocarbures plus élevées à froid que le deuxième ciblage. Avec le deuxième ciblage, vers le bas, le carburant est dirigé vers le bas de la chambre de combustion. La quantité de carburant entrant en contact avec la voûte de la chambre de combustion est alors plus faible, ce qui permet de réduire la production d'hydrocarbures imbrûlés. Ce ciblage présente toutefois l'inconvénient d'augmenter le mouillage du conduit d'admission par le carburant, ce qui rend la quantité de carburant réellement introduite dans la chambre de combustion plus difficile à maîtriser, notamment dans les régimes transitoires. 2867235 2 Ces deux ciblages sont obtenus en orientant l'injecteur dans la direction souhaitée lors de la fabrication du moteur. Il n'est donc pas possible de faire varier l'orientation du jet de carburant au cours du fonctionnement du moteur. Par ailleurs, afin de réduire les émissions polluantes, il est également avantageux de favoriser des mouvements de type "tumble" (tourbillons d'air d'axe perpendiculaire à l'axe du piston du cylindre généré par le fort moment d'inertie d'un jet d'air) ou de type "swirl" (tourbillons d'axe parallèle à l'axe du piston). Le document US-5 533 483 décrit un dispositif d'admission comportant un conduit d'admission d'air principal et un conduit secondaire monté en dérivation sur le conduit principal. Un clapet de régulation du débit est disposé dans chacun des conduits. La commande de l'un ou des deux clapets en fonction du régime du moteur permet de favoriser les mouvements de type "tumble" ou "swirl". Toutefois, ce document ne décrit ni l'injection de carburant, ni des moyens pour faire varier le ciblage d'un jet de carburant. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif d'admission d'air et de carburant permettant de faire varier de manière simple la trajectoire du jet de carburant lors du fonctionnement du moteur. En variante, le dispositif d'admission permet à la fois une variation du ciblage du jet de carburant et la génération de mouvements favorisant la combustion (mouvements de type "tumble", "swirl" ou autres). A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif d'admission en carburant et en air d'un cylindre de moteur à combustion interne, comprenant un conduit principal d'admission d'air communiquant avec la chambre de combustion du cylindre par l'intermédiaire d'un orifice d'admission, une soupape obturant cet orifice, un injecteur de carburant débouchant dans le conduit d'admission de manière à diriger un jet de carburant vers l'orifice d'admission, et au moins un conduit secondaire d'admission de gaz débouchant dans le conduit principal, caractérisé en ce qu'au moins un conduit secondaire, situé à proximité de l'injecteur de carburant, est pourvu d'un organe de régulation du débit de gaz et est orienté de manière à diriger un jet de gaz en direction du jet de carburant. La déviation du jet de carburant est ainsi obtenue d'une manière simple et 2867235 3 sûre en augmentant ou diminuant le débit du jet de gaz provenant du conduit secondaire. Avantageusement, le dispositif comprend un dispositif de commande pour commander l'organe de régulation, l'ouverture de la soupape et l'injecteur de carburant en fonction du régime moteur. Un ciblage optimal adapté au régime du moteur peut alors être obtenu, favorisant ainsi la combustion et réduisant les émissions polluantes. L'invention concerne également l'utilisation d'un dispositif d'admission d'air décrit précédemment pour faire varier la trajectoire du jet de carburant d'un injecteur de carburant dans un moteur à combustion interne à injection indirecte. Avantageusement, l'invention concerne l'utilisation d'un dispositif d'admission d'air pour faire varier la trajectoire du jet de carburant d'un injecteur de carburant et pour générer des mouvements d'air favorisant la combustion dans un moteur à combustion interne à injection indirecte. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en coupe du dispositif d'admission selon l'invention, la soupape étant légèrement ouverte; - la figure 2 est un agrandissement de la figure 1 représentant schématiquement le jet de carburant, la soupape étant fermée. Un des cylindres 1 d'un moteur à combustion interne est représenté partiellement sur la figure 1. La chambre de combustion 2 de ce cylindre communique par l'intermédiaire d'un orifice d'admission 3 avec un conduit principal d'admission d'air 4, par lequel l'air est amené (suivant la direction de la flèche sur la figure 1). L'alimentation en air de ce conduit est réalisée de manière classique. Une soupape d'admission 5 formée d'un clapet 5a et d'un axe 5b obture l'orifice d'admission 3. L'ouverture et la fermeture de la soupape 5 sont commandées par un organe de commande 6 d'une manière connue en soi. Le carburant est amené dans le conduit d'admission principal 4 par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant 7 qui débouche dans le conduit d'admission afin d'envoyer un jet de carburant 8 en direction de 2867235 4 l'orifice d'admission 3 (figure 2). L'injecteur 7 est relié de manière connue au réservoir de carburant du véhicule (non représenté). Un conduit secondaire d'admission d'air 9 débouche dans le conduit d'admission principal 4 au niveau de la partie supérieure de celui-ci. Il présente de préférence une section plus faible que le conduit principal. Ce conduit secondaire 9 est orienté de manière à envoyer un jet d'air 10 en direction du jet de carburant 8. Le jet d'air expulsé par le conduit secondaire va alors entrer en contact avec le jet de carburant et provoquer une déviation de la trajectoire de ce dernier. A cet effet, le conduit secondaire débouche, de préférence, entre l'injecteur 7 et l'orifice d'admission 3. Dans l'exemple, le conduit secondaire d'air 9 est dirigé sensiblement dans la direction de la partie inférieure de la soupape, c'est-à-dire vers le clapet 5a, de sorte qu'il aura tendance à faire dévier le jet de carburant 8 en direction de la partie inférieure de la soupape. Le débit de ce jet d'air 10 est régulé par un organe de régulation 11, tel que par exemple une électrovanne. Il peut également s'agir d'un clapet ou similaire. L'organe de régulation 11 du conduit secondaire peut être placé plus ou moins proche de l'orifice de communication entre le conduit secondaire et le conduit principal en fonction des besoins et de la place disponible. L'organe de commande 6 de la soupape, l'organe de régulation 11 et l'injecteur de carburant 7 (quantité et/ou débit de carburant) sont commandés par un dispositif de commande 12 en fonction du régime moteur. Le fonctionnement du mode de réalisation représenté est maintenant décrit. Dans cet exemple, l'injecteur de carburant 7 est monté de manière à diriger le jet de carburant 8 vers la partie médiane de la soupape, c'està-dire vers son axe 5b. Ce ciblage du jet de carburant correspond ainsi à un ciblage par défaut imposé par la position de l'injecteur 7, quand le conduit secondaire 9 est fermé par l'organe de régulation 11. Le cône du jet de carburant 8 alors obtenu est représenté en trait plein sur la figure 2. Lorsque le conduit secondaire 9 est ouvert, au moyen de l'organe de régulation 11, le jet d'air 10 qu'il expulse entre en contact avec le jet de carburant 8, et dévie sa trajectoire en direction de la partie inférieure 2867235 5 du conduit principal. Sur la figure 2, le cône du jet de carburant dévié 8' est représenté en pointillés. En commandant le débit du jet d'air 10 au moyen du dispositif de commande 12 par l'intermédiaire de l'électrovanne 11, il est ainsi possible de faire varier progressivement la trajectoire du jet de carburant 8 entre la trajectoire par défaut et une autre trajectoire prédéterminée. Le conduit secondaire 9 peut être un simple conduit de dérivation du conduit principal 4, alimenté en air par ce dernier. Il peut alors être avantageux de prévoir un moyen de chauffage (non représenté) pour réchauffer l'air amené par le conduit secondaire 9 afin d'améliorer la vaporisation du carburant à froid et de favoriser la combustion. Il peut s'agir d'un réchauffeur électrique ou d'un échangeur air/eau ou encore d'un échangeur air/ EGR (gaz d'échappement de recirculation). Dans une autre variante, le conduit secondaire 9 peut être relié à l'échappement du moteur afin d'amener des gaz d'échappement de recirculation (EGR) dans le conduit principal d'admission 4. Le conduit secondaire 9 peut être conçu pour être alimenté en totalité ou au moins en partie par les gaz EGR. La chaleur de ces gaz permet alors également une amélioration de la vaporisation du carburant à froid tout en bénéficiant de la dilution de l'air par les EGR, également favorable en terme de réduction de la pollution. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le conduit secondaire 9 est de préférence orienté de manière à diriger un jet d'air vers la partie supérieure du conduit principal, tout en étant toujours orienté de manière à diriger un jet d'air vers le jet de carburant. Sa position est alors plus proche d'une tangente au conduit principal 4. Un mouvement de type "tumble" est alors généré par le fort moment d'inertie du jet d'air, et favorise la réduction des émissions d'hydrocarbures. Ce mouvement de type "tumble" sera par ailleurs favorisé par un jet d'air étroit, qui peut être obtenu avec une forme adéquate de l'orifice de communication entre le conduit secondaire 9 et le conduit principal 4, voire en utilisant une buse. Le dispositif selon l'invention peut alors être utilisé à la fois pour faire varier le ciblage du jet de carburant et pour générer des mouvements de type "tumble". Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés dans lesquels le nombre et la position des conduits 2867235 6 secondaires peuvent varier en fonction des variations de trajectoire souhaitées et des effets recherchés. On peut par exemple envisager un ou plusieurs conduits secondaires destinés à faire varier la trajectoire du jet de carburant, et un ou plusieurs autres conduits destinés à favoriser les mouvements de type "tumble" ou d'autres mouvements favorables à la combustion, tels que par exemple les mouvements de type "swirl". On comprendra que la position et les dimensions du ou des conduits secondaires seront choisies en fonction de la position de l'injecteur, la position de l'orifice d'admission et la forme générale du conduit d'admission 4, et éventuellement des cylindres, pour obtenir une variation optimale du ciblage du jet de carburant et, éventuellement la génération de mouvements d'air particuliers. 2867235 7 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'admission en carburant et en air d'un cylindre de moteur à combustion interne, comprenant un conduit principal d'admission d'air (4) communiquant avec la chambre de combustion du cylindre par l'intermédiaire d'un orifice d'admission (3), une soupape (5) obturant cet orifice, un injecteur de carburant (7) débouchant dans le conduit d'admission (4) de manière à diriger un jet de carburant (8, 8') vers l'orifice d'admission, et au moins un conduit secondaire d'admission de gaz (9) débouchant dans le conduit principal (4), caractérisé en ce qu'au moins un conduit secondaire (9) situé à proximité de l'injecteur de carburant (7) est pourvu d'un organe de régulation du débit de gaz (11) et est orienté de manière à diriger un jet de gaz (10) en direction du jet de carburant (8, 8'). 2. Dispositif d'admission selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que le conduit secondaire (9) est alimenté en air par le conduit principal (4). 3. Dispositif d'admission selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'air amené par le conduit secondaire (9) est chauffé par un moyen de chauffage. 4. Dispositif d'admission selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit secondaire (9) est alimenté au moins en partie par des gaz provenant de l'échappement du moteur. 5. Dispositif d'admission selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit secondaire (9) est orienté de manière à 25 diriger un jet de gaz (10) vers la partie supérieure du conduit principal (4) . 6. Dispositif d'admission selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande (12) pour commander l'organe de régulation (11), l'ouverture de la soupape (5) et l'injecteur de carburant (7) en fonction du régime du moteur. 7. Utilisation d'un dispositif d'admission d'air selon l'une des revendications 1 à 6 pour faire varier la trajectoire du jet de carburant d'un injecteur de carburant dans un moteur à combustion interne à injection indirecte. 8. Utilisation d'un dispositif d'admission d'air selon la revendication 5 ou la revendication 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 5, pour faire varier la trajectoire du jet de carburant d'un injecteur de carburant et pour générer des mouvements d'air favorisant 2867235 8 la combustion dans un moteur à combustion interne à injection indirecte.