Brevet FR2887304A1 — publié le 20061222

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante d'un élément de préchauffage et une extrémité libre d'une buse d'un injecteur de carburant pourvue d'une rangée d'orifices primaires de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe de l'injecteur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour le démarrage à froid des moteurs à combustion interne à injection directe à allumage par compression de type diesel. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs de véhicules automobiles à injection directe à allumage par compression de type diesel comprennent généralement un injecteur de carburant agencé dans une chambre de combustion d'un cylindre dans lequel coulisse un piston. L'injecteur de carburant fait jaillir dans la chambre de combustion un certain volume de carburant dont une fraction est vaporisée et se mélange à un volume d'air frais admis par un collecteur d'admission dans la chambre de combustion, pour former un mélange de gaz frais. Les conditions thermodynamiques favorables à l'inflammation du mélange de gaz frais sont fonction de la richesse, de la température et de la pression du mélange de gaz frais. Ainsi, pour une certaine richesse donnée du mélange de gaz frais, celui-ci s'enflamme automatiquement sous une certaine pression et une certaine température. Actuellement, le taux de compression du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion des moteurs à injection directe de type diesel est faible, afin d'augmenter la puissance du moteur. Ce faible taux de compression du mélange de gaz frais entraîne une dégradation des conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion permettant l'inflammation automatique du mélange de gaz frais. Il s'ensuit, des difficultés de démarrage lorsque le moteur est encore froid, c'est-à-dire, lorsque le mélange de gaz frais dans la chambre de combustion est froid. Pour corriger ce problème de démarrage à froid, il est connu d'utiliser une bougie de préchauffage, positionnée dans la chambre de combustion pour augmenter la température dans la chambre de combustion afin de compenser la baisse du taux de compression du mélange de gaz frais. Cependant, l'utilisation d'une bougie de préchauffage nécessite un temps de préchauffage qui est d'autant plus important que la température du mélange de gaz frais avant le démarrage du moteur est faible. En outre, le temps de préchauffage génère une consommation d'énergie électrique importante. Il est encore connu de rapprocher la bougie de préchauffage d'un des orifices de l'extrémité libre de la buse de l'injecteur de carburant pour augmenter la température dans la zone où est réalisé le mélange de gaz frais. L'orifice à proximité de l'extrémité chauffante de la bougie fait alors partie d'une rangée comprenant plusieurs orifices répartis sur toute la circonférence correspondante de l'extrémité libre de la buse. Lorsque l'extrémité libre de la buse possède plusieurs rangées d'orifices primaires, l'extrémité libre chauffante de la bougie est approchée d'un orifice primaire de la rangée la plus éloignée du centre de la chambre de combustion. L'injection par ces orifices est réalisée à différents moments du fonctionnement du moteur, généralement lors des passages en bas régime du moteur. Lorsque l'extrémité libre de la buse possède une seule rangée d'orifices primaires cette rangée est laissée libre quel que soit l'état de fonctionnement du moteur. Quel que soit le nombre de rangées d'orifices présentes sur l'extrémité libre de la buse, le rapprochement de la bougie de l'injecteur de carburant facilite le démarrage du moteur, mais pénalise les performances du moteur après démarrage, car la bougie constitue alors un obstacle à la circulation tourbillonnaire de l'air frais dans la chambre de combustion. Il est enfin connu d'augmenter au démarrage le volume de carburant injecté afin d'augmenter la richesse du mélange de gaz frais. En effet, lorsque la température est faible dans la chambre de combustion, seule une petite fraction du volume de carburant injecté est vaporisée et peut alors se mélanger au volume d'air frais. Il est alors nécessaire d'injecter un volume important de carburant pour avoir un volume plus important de carburant vaporisé. Cependant, cette solution entraîne une surconsommation et une émission de polluants importante. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients de l'état de la technique précité, la présente invention propose un nouveau moteur à injection directe dans lequel il est prévu un injecteur de carburant adapté à favoriser le démarrage du moteur. À cet effet, on propose selon l'invention un mcteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante d'un élément de préchauffage et une extrémité libre d'une buse d'un injecteur de carburant pourvue d'au moins une rangée d'orifices primaires de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe de l'injecteur, dans lequel ladite extrémité libre de la buse de l'injecteur comprend, à un niveau axial différent de celui de ladite rangée d'orifices primaires, une autre rangée circonférentielle dont un secteur angulaire inférieur à 180 est pourvu d'au moins un orifice secondaire dont l'axe est orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage, et dont le secteur angulaire complémentaire est exempt d'orifice, et dans lequel il est prévu un organe d'obturation destiné, d'une part, au démarrage, à obturer les orifices primaires et à laisser le carburant jaillir par chaque orifice secondaire, et, d'autre part, après démarrage du moteur, à obturer chaque orifice secondaire et à laisser le carburant jaillir par au moins certains orifices primaires. Grâce à l'orientation de l'axe de l'orifice secondaire sensiblement vers l'extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage, le mélange de gaz est réalisé, au démarrage, à proximité de cette extrémité libre chauffante. Le mélange de gaz possède alors une richesse satisfaisante et une température suffisante pour satisfaire aux conditions thermodynamiques d'inflammation du mélange de gaz, compensant ainsi la dégradation des conditions thermodynamiques résultant du faible taux de compression du mélange de gaz dans la chambre de combustion. De plus, cette température suffisante du mélange de gaz est atteinte, du fait de la proximité de l'extrémité libre chauffante de l'élément chauffant, après une courte durée de préchauffage, ce qui réduit la consommation en énergie électrique et donc en carburant. En particulier, lors du démarrage à froid du moteur où la faible température de la chambre de combustion et donc du rnélange de gaz pénalise l'inflammation du mélange de gaz, l'utilisation de l'orifice secondaire selon l'invention injectant le carburant à proximité de l'extrémité chauffante de l'élément de préchauffage permet ainsi de favoriser l'inflammation du mélange de gaz. En outre, l'orientation de l'axe de l'orifice secondaire permet de ne faire pénétrer que faiblement l'extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage dans la chambre de combustion. Ainsi, grâce à l'orifice secondaire de la buse de l'injecteur selon l'invention, l'élément de préchauffage n'entrave pas le flux d'air tourbillonnaire destiné à favoriser l'homogénéisation du mélange de gaz. Enfin, l'orifice secondaire de giclage de carburant situé en dehors de la rangée d'orifices primaires est ici laissé libre au démarrage du moteur puis obturé après le démarrage. L'orifice secondaire est ainsi dédié au démarrage du moteur, ce qui permet de diminuer la consommation en carburan4:. Ainsi, l'utilisation d'un orifice secondaire selon l'invention favorise le démarrage du moteur et réduit les contraintes d'encombrement et de consommation auxquelles il est soumis lors de son fonctionnement après démarrage. Selon une première caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, le diamètre de chaque orifice secondaire est supérieur ou égal au diamètre des orifices primaires. Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, ladite autre rangée d'orifice secondaire est disposée au-dessus de la rangée d'orifices primaires de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion. Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, l'axe de chaque orifice secondaire fait un angle compris entre 80 et 90 avec l'axe 25 d'un piston agencé dans la chambre de combustion. Selon une autre mode de réalisation de l'invention, ladite autre rangée d'orifice secondaire est disposée en dessous de la rangée d'orifices primaires de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Dans les dessins annexés: - la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'un moteur selon l'invention dans lequel sont agencés un injecteur de carburant et un élément de préchauffage, au démarrage du moteur; la figure 2 est une vue de dessous de l'élément de préchauffage de la figure 1 selon l'invention, au démarrage du moteur; - la figure 3 est une vue de la figure 1, après le démarrage du moteur; la figure 4 est une vue de face de l'extrémité libre die la buse de l'injecteur de carburant selon l'invention; la figure 5 est une vue selon la coupe A-A de la figure 4, après le démarrage du moteur; - la figure 6 est une vue selon la coupe BB de la figure 4, au démarrage du moteur. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un moteur à combustion interne de type diesel à injection directe. Ce moteur comprend un cylindre 5 dans lequel coulisse un piston 7. La paroi supérieure du cylindre 5 délimite avec la face extérieure creusée 71 de la tête du piston 7, une chambre de combustion 6. Une extrémité libre chauffante 28 d'un élément de préchauffage 8 et une extrémité libre 19 d'une buse 10 d'un injecteur 9 de carburant s'étendent dans la chambre de combustion 6, en vis-à-vis du piston 7. Ici, cet élément de préchauffage 8 est une bougie de préchauffage 8 dont l'extrémité libre chauffante 28 pénètre faiblement dans la chambre de combustion 6 pour ne pas entraver un flux d'air tourbillonnaire 22 destiné à favoriser l'homogénéisation du mélange de gaz (figure 2). D'une part, l'injecteur 9 de carburant et sa buse 10, et d'autre part, le piston 7, présentent des axes A9, A7 qui, ici, sont confondus. Bien entendu, on peut prévoir d'utiliser un injecteur dont l'axe est décalé et incliné par rapport à l'axe du bol du piston et/ou par rapport à l'axe du piston qui est confondu avec l'axe du cylindre. Comme représenté sur la figure 4, l'extrémité libre 19 de la buse 10 comprend une rangée 17 d'orifices 11,12,13,14,15,16 de giclage de carburant, appelés orifices primaires, répartis circonférentiellement autour de l'axe A9 de la buse 10 de l'injecteur 9 de carburant. Chacun de ces orifices primaires 11,12, 13,14,15,16 présente un axe A20,A20' qui fait un angle B20 de l'ordre de 70 avec l'axe A7 du piston 7 (voir figure 5). Avantageusement selon l'invention, comme le montre la figure 4, ladite extrémité libre 19 de la buse 10 de l'injecteur 9 comprend, à un niveau axial différent de celui de ladite rangée 17 d'orifices primaires 11,12, 13,14,15,16, une rangée dont un secteur angulaire S1 est pourvu ici d'un orifice secondaire 18 dédié au démarrage du moteur. Le secteur angulaire S2 complémentaire dudit secteur angulaire S1 de ladite rangée est exempt d'orifice. Ce secteur angulaire S1 présente ici une ouverture angulaire de l'ordre de 30 . L'injecteur comprend aussi un organe d'obturation 30 destiné à obturer suivant l'état de fonctionnement du moteur les différents orifices 11,12, 13,14,15,16,18 présents sur l'extrémité libre 19 de la buse 10 de l'injecteur 9 de carburant (voir figures 5 et 6). L'orifice secondaire 18 présent sur le secteur angulaire S1 est situé audessus de la rangée 17 d'orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion 6. Le diamètre de l'orifice secondaire 18 est supérieur ou égal au diamètre des orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de la rangée 17. Cet orifice secondaire 18 possède un axe A21 (voir figure 6) orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante 28 de l'élément de préchauffage 8 et fait alors un angle B21 de l'ordre de 85 avec l'axe A7 du piston 7 confondu ici avec l'axe A9 de la buse 10 de l'injecteur 9 (voir figure 1). Le fonctionnement du moteur selon l'invention est décrit ci-dessous. Avant le démarrage à froid du moteur, la température de la chambre de combustion 6 est basse et donc pénalise l'inflammation du mélange de gaz. Au moment du démarrage du moteur, l'organe d'obturation 30 est tourné autour de l'axe A9 de l'injecteur 9 de sorte qu'il obture les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de giclage de la rangée 17 et qu'il présente en vis-à-vis de l'orifice secondaire 18 un canal 33 d'arrivée du carburant (voir figure 6). Comme représenté sur la figure 1, le carburant arrivant par l'injecteur 9 jaillit alors par l'orifice secondaire 18 situé au-dessus de la rangée 17 d'orifices primaires 11,12,13,14,15,16, en un jet 21 dirigé vers l'extrémité libre chauffante 28 de la bougie 8. Avantageusement, grâce à l'orientation de l'axe A21 de l'orifice secondaire 18 sensiblement vers l'extrémité libre chauffante 28 de l'élément de préchauffage 8, le mélange de gaz est réalisé à proximité de cette extrémité libre chauffante 28. Le mélange de gaz possède alors une richesse satisfaisante et une température suffisante pour satisfaire aux conditions thermodynamiques d'inflammation du mélange de gaz. Grâce au diamètre important de l'orifice secondaire 18 selon l'invention, le volume de carburant injecté par cet orifice secondaire 18 de giclage au démarrage est important. La partie vaporisée de ce volume important de carburant participe alors à la réalisation du mélange de gaz à proximité de l'extrémité libre chauffante 28 de l'élément de préchauffage 8, fournissant ainsi une richesse et une température du mélange de gaz favorable à son inflammation. En outre, le volume de carburant jaillissant de l'orifice secondaire 18 étant important, il n'est pas nécessaire d'injecter du carburant par les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 répartis circonférentiellement autour de l'axe A9 de la buse 10 et dont un certain nombre est orienté à l'opposé de l'extrémité chauffante 28 de la bougie 8. Ainsi, au démarrage, grâce à l'orifice secondaire 18 selon l'invention, la consommation en carburant et les émissions polluantes sont réduites. Puis, après l'inflammation du mélange de gaz à proximité de l'extrémité chauffante 28 de la bougie 8, l'inflammation est entretenue par le reste de l'important volume de carburant injecté dans la chambre de combustion 6. On peut prévoir que le secteur angulaire comprend plusieurs orifices, dont l'orifice secondaire tel que décrit ci-dessus. Les autres orifices appartenant à ce secteur angulaire possèdent alors des axes orientés vers la partie amont du mouvement d'air tourbillonnaire, à proximité de la bougie de préchauffage. Après le démarrage à froid du moteur, l'organe d'obturation 30 est tourné autour de l'axe A9 de l'injecteur 9 de carburant de sorte qu'il obture l'orifice secondaire 18 et qu'il présente en vis-à-vis des orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de giclage de la rangée 17, des canaux 31,32 d'arrivée du carburant. Le carburant jaillit alors uniquement des orifices primaires 11,12,13,14,15,16. Ainsi, après le démarrage du moteur, l'injection du carburant par les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 selon des jets 20 orientés chacun de l'angle B20 par rapport à l'axe A7 du piston 7, permet d'optimiser la combustion du mélange de gaz dans la chambre de combustion 6 (figure 3). La présente invention n'est nullement limitée au modes de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En variante, il est possible de prévoir que l'orifice secondaire est situé en dessous de la rangée d'orifices primaires de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion. L'angle entre l'axe de cet orifice secondaire et l'axe du piston est alors adapté de sorte que l'axe de cet orifice secondaire soit orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage. On peut aussi utiliser un injecteur dont l'extrémité libre de la buse comporte plusieurs rangées d'orifices primaires. Ces différentes rangées sont alors obturées selon le mode de fonctionnement du moteur. Au démarrage, tous les orifices primaires sont obturés et le carburant jaillit par chaque orifice secondaire. Après démarrage du moteur, chaque orifice secondaire est obturé et le carburant jaillit par au moins certains orifices primaires, c'est-à-dire que tous les orifices primaires d'au moins une des rangées d'orifices primaires sont ouverts tandis que les autres rangées d'orifices primaires sont obturées. 9 REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion (6) dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante (28) d'un élément de préchauffage (8) et une extrémité libre (19) d'une buse (10) d'un injecteur (9) de carburant pourvue d'au moins une rangée (17) d'orifices primaires (1 1,12,13,14,15,16) de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe (A9) de l'injecteur (9), caractérisé en ce que ladite extrémité libre (19) de la buse (10) de l'injecteur (9) comprend, à un niveau axial différent de celui de ladite rangée (17) d'orifices primaires (11,12,13,14,15,16), une autre rangée circonférentielle dont un secteur angulaire (Si) inférieur à 180 est pourvu d'au moins un orifice secondaire (18) dont l'axe (A21) est orienté sensiblement vers ladite extrémité libre (28) chauffante de l'élément de préchauffage (8), et dont le secteur angulaire (S2) complémentaire est exempt d'orifice, et en ce qu'il est prévu un organe d'obturation (30) destiné, d'une part, au démarrage, à obturer les orifices primaires (11,12,13,14,15,16) et à laisser le carburant jaillir par chaque orifice secondaire (18), et, d'autre part, après démarrage du moteur, à obturer chaque orifice secondaire (18) et à laisser le carburant jaillir par au moins certains orifices primaires (11,12,13,14, 15,16). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de chaque orifice secondaire (18) est supérieur ou égal au diamètre des orifices primaires (11,12,13,14,15,16). 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite autre rangée d'orifice secondaire (18) est disposée au-dessus de la rangée d'orifices primaires (11,12,13,14,15,16) de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion (6). 4. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe de chaque orifice secondaire (18) fait un angle compris entre 80 et 90 avec l'axe (A7) d'un piston (7) agencé dans la chambre de combustion (6). 5. Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite autre rangée d'orifice secondaire (18) est disposée en dessous de la rangée d'orifices primaires (11,12,13,14,15,16) de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion (6).