Brevet FR2931895A1 — publié le 20091204

PROCEDE DE REHOMOGENEISATION DE L'ECOULEMENT DU CARBURANT DANS LES CONDUITS D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne l'alimentation en combustible des moteurs à combustion interne, notamment ceux utilisés dans les véhicules automobiles. Elle concerne, en particulier, les éventuelles turbulences subies par le carburant dans les conduits d'admission du moteur avant son injection dans les chambres de combustion. Art antérieur et problème posé Les normes concernant la dépollution et la consommation en combustible des moteurs à combustion interne, équipant les véhicules automobiles, imposent des conditions de plus en plus exigeantes. L'industrie automobile doit donc trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations sans toutefois pénaliser les performances, ni les prix de revient des moteurs utilisés. Une solution technique pour diminuer les émissions polluantes de moteur à combustion interne consiste à améliorer la qualité de la préparation du mélange air/carburant et à limiter le stockage de 2 carburant liquide sur les parois des conduits d'admission. La qualité de la préparation du mélange air/carburant est importante sur toute la plage du fonctionnement du moteur, alors que le stockage de carburant liquide sous forme de film sur les parois internes des conduits d'admission est plus problématique dans les phases de transition et principalement dans le cas du fonctionnement du moteur à faible température. En référence à la figure 1, l'écoulement du jet de carburant, lors de son injection dans les conduits d'admission, est fortement perturbé et non stationnaire. Le mélange air/carburant se fait dans les conduits primaires d'admission 2 alimentés par un conduit principal 1 pour être introduit, par l'intermédiaire de conduits d'admissions 3, dans les chambres de combustion 4, par des orifices d'admission 5. L'élaboration du mélange air/carburant a donc lieu à partir des conduits primaires d'admission 2 par introduction du carburant sur le côté des conduits primaires d'admission 2 au point référencé 6. Il s'ensuit la formation d'un jet plutôt conique 8. Les flèches 7 montrent les tourbillons de l'écoulement de l'air dans les conduits d'admission 2 et 3 et provoqués par des décollements générés par les différents éléments et formes du conduit principal 1. En conséquence, les jets 8 de carburant sont donc déviés. Sur la figure 1, la position théorique de ce jet est en traits interrompus ou pointillés, tandis que les positions en traits forts ou pleins montrent la 3 position réelle des jets 8. Ces derniers étant déviés, ceci engendre une dégradation de la préparation du mélange air/carburant, ainsi qu'une stratification de richesse dans les chambres de combustion 4, cette stratification étant différente suivant les cylindres. Le but de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients. Toutefois, des solutions ont déjà été proposées pour améliorer la préparation du mélange air/carburant et limiter la création de films liquides sur les parois internes des conduits d'admission. En effet, il a été préconisé l'utilisation d'injecteurs permettant d'améliorer la qualité de pulvérisation du jet au moyen d'un injecteur assisté par air ou d'injecteur à granulométrie améliorée. Une implantation spécifique du jet de carburant dans le conduit a déjà été envisagée, et appelée ciblage. Elle consiste à diriger le jet de carburant sur une zone spécifique du conduit d'admission ou de la soupape. Enfin, l'utilisation de système de réchauffage de carburant a été envisagée par des injecteurs à nez ou buse réchauffé, par chauffage du carburant en amont de l'injecteur ou par utilisation d'une grille chauffante dans le conduit d'admission. Ces solutions réchauffant le carburant ne sont utilisables que dans une plage limitée de fonctionnement du moteur, principalement dans les phases de fonctionnement à basse température.30 ".4 Résumé de l'invention A cet effet, l'idée principale de l'invention consiste à rendre l'écoulement bidimensionnel dans les conduits d'admission, de manière à ne pas trop perturber l'injection de carburant. Elle consiste également à dévier volontairement le jet de carburant, afin de limiter la formation de film liquide de carburant sur les parois internes des conduits d'admission. L'objet principal de l'invention est donc un procédé de réhomogénéisation de l'écoulement du carburant dans des conduits d'admission d'un moteur à combustion interne. Selon l'invention, le procédé consiste à injecter un composé fluidique dans les conduits primaires d'admission pour casser la rotation généré par l'admission de l'air ou de redresser les jets de carburant produit par des injecteurs placés dans les conduits primaires d'admission ou d'éviter l'accumulation de films de liquide carburant sur les parois internes des conduits d'admission. Dans une première réalisation, le procédé consiste à injecter un composé fluidique un peu en amont des jets de carburant produit par les injecteurs, de part et d'autre de ces derniers. Dans ce cas, il est possible d'utiliser deux injecteurs de composés fluidiques diamétralement opposés et inclinés vers les sens de l'écoulement. Dans le cas où le conduit primaire d'admission et/ou le conduit principal forment un coude, on prévoit de placer l'injecteur de composé fluidique dans le coude, de manière à ce que le jet -.5 soit dans l'axe de la partie du conduit primaire d'admission contenant les injecteurs de carburant en aval du coude. Une autre réalisation de l'invention consiste à injecter latéralement, à un seul endroit, le composé fluidique en travers des jets de carburant, c'est-à-dire de façon inclinée par rapport à la paroi du produit primaire d'admission à la base du jet de carburant formé par les injecteurs des carburants. Une autre réalisation consiste à injecter latéralement et de façon inclinée par rapport à la paroi du conduit primaire d'admission le composé fluidique qui a été chauffé, de manière à être projeté sur les endroits des parois internes des conduits d'admission susceptibles de recevoir la formation d'un film liquide de carburant. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de cinq figures représentant respectivement - figure 1, déjà décrite, l'art antérieur du procédé selon l'invention ; - figure 2, une première réalisation du procédé selon l'invention ; - figure 3, une deuxième réalisation du procédé selon l'invention ; - figure 4, une troisième réalisation du procédé selon l'invention ; et - figure 5, une quatrième réalisation du procédé selon l'invention. 6 Description détaillée de quatre réalisations du procédé selon l'invention En référence à la figure 2, l'injection de carburant a toujours lieu au point référencé 6, dans le conduit primaire d'admission 2, en amont des deux conduits d'admission 3 débouchant dans la chambre de combustion 4. Deux injecteurs 10 du composé fluidique sont installés sur la paroi du conduit primaire d'admission 2, de façon inclinée et de façon à projeter un jet 11 de composé fluidique à la base du jet 18 de carburant issu du point référencé 6 d'injection de carburant. Les deux injecteurs 10 de composé fluidique sont diamétralement opposés. Ils ont pour mission de casser les tourbillons évoqués en référence à la figure 1 et de rendre l'écoulement bidimensionnel dans le sens de l'écoulement de l'air. On cherche donc à rendre la composante radiale de l'écoulement négligeable devant la composante longitudinale de cet écoulement et à ne pas dévier les jets 18 de carburant ou, tout du moins, à maîtriser la déflection de ces jets 18. Cette solution permet également de gérer le ciblage des jets des carburants 18 sur le conduit d'admission 3. En référence à la figure 3, une deuxième solution du procédé selon l'invention s'applique dans le cas où le conduit primaire d'admission 22 présente un coude 23, qui peut être également formé par la jonction de ce conduit primaire d'admission 22 avec le conduit principal 1. 7 Cette solution consiste à disposer dans le coude 23 un injecteur 20 du composé fluidique, de manière à projeter dans le conduit primaire d'admission 2 un jet 24 dans le sens axial du conduit primaire d'admission 2, c'est-à-dire longitudinalement et de façon centrée. Cette solution permet de rendre l'écoulement bidimensionnel le plus tôt possible dans le conduit primaire d'admission 3. Les tourbillons étant générés au niveau des rayons de raccordement entre le conduit principal 1 et les conduits primaires d'admission 2. Un des avantages de cette solution est de pouvoir influencer le débit d'air sur chacun des conduits primaires et permet éventuellement d'homogénéiser la répartition de charge de carburant, poste à poste. Les deux solutions précédemment évoquées ont pour objectif de maîtriser ou de supprimer l'éventuelle déflection de jet du carburant. Ces deux solutions, comme celles qui suivent, permettaient également d'augmenter les contraintes aérodynamiques sur les gouttes de carburant et d'accélérer l'évaporation. Les troisième et quatrième solutions ont pour objectif principal de limiter la création d'un film de carburant ou d'essence sur les parois des conduits d'admission. En référence à la figure 4, on utilise un injecteur 30 de composé fluidique débouchant sur la paroi interne du conduit primaire d'admission 32, de façon latérale et légèrement en aval du point 8 d'injection 36 de carburant. Ceci a pour but de dévier ou d'influer sur la direction du jet de carburant 38. Cette solution permet d'augmenter les contraintes aérodynamiques sur les gouttes de carburant et d'accélérer ainsi leur évaporation, dans le but de limiter le mouillage des parois internes du conduit primaire d'admission 32 dans l'optique de mieux maîtriser les phases transitoires, principalement dans le cas du fonctionnement à basse température du moteur. On peut penser que cette solution est particulièrement pertinente quand on peut placer l'injecteur 30 de composé fluidique le plus bas possible dans les conduits primaires d'admission 33. En référence à la figure 5, on place également, latéralement, un injecteur 40 de composé fluidique débouchant sur la paroi interne d'un conduit primaire d'admission 43, de manière à ce que son jet 41 soit dirigé en direction de la position théorique d'un film liquide 44 de carburant, sur la paroi interne du conduit primaire d'admission 43. L'injection de ce composé fluidique doit se faire après avoir chauffé ce dernier. Dans ce cas, on peut prélever, comme composé fluidique, des gaz d'échappement au niveau de la ligne d'échappement du moteur. D'autres solutions sont également possibles. Ceci permet d'améliorer l'évaporation du carburant. Cette injection est placée à un endroit où l'injection du carburant n'a pas lieu, de manière à éviter de plaquer ce carburant liquide sur la paroi du conduit primaire d'admission et de générer, en conséquence, encore plus de film que son utilisation d'injection de composé gazeux. 9 Pour procéder à l'alimentation des injecteurs évoqués dans ces quatre solutions, il est également prévu d'utiliser un réservoir spécifique ou de se servir de niveau de pression à l'admission ou à l'échappement. Toutes ces solutions permettent de diriger l'air admis dans la chambre de combustion dans une direction privilégiée, de manière à générer des mouvements aérodynamiques de type "tumble", c'est-à-dire un mouvement tourbillonnaire s'enroulant autour de l'axe du cylindre, ou "swirl", c'est-à-dire tourbillon, ou autres plus intenses que dans le système. Elles permettent également d'augmenter le niveau de turbulence, ce qui est profitable pour la combustion. Enfin, on note que le fait de pouvoir injecter de l'air, des gaz d'échappement du même moteur, ou tout autre composé, permet de profiter de l'effet de température de ces gaz injectés pour améliorer l'évaporation des gouttes de carburant. Enfin, l'utilisation des gaz d'échappement permet également d'obtenir des gains en consommation, ainsi qu'en émission polluante. A propos des différents composés fluidiques, on peut également mentionner que l'utilisation du méthane (CH4) permet de modifier la sensibilité du phénomène de cliquetis par la modification de l'indice d'octane. L'injection peut également avoir un effet sur le comportement du moteur vis-à-vis de ce phénomène de cliquetis. 10 De manière générale, l'injection d'un de ces composés permet de créer une turbulence plus élevée, bénéfique pour la combustion du carburant. On précise que la forme du jet de composé fluidique, liquide ou gazeux, et donc de la buse des injecteurs, peut être adaptée en fonction de l'utilisation souhaitée, par exemple un jet large ou un jet resserré. Pour dévier le jet de carburant de manière différente, des formes différentes de buses sont envisagées. En effet, une forme rectangulaire permettrait d'injecter une bande de composé alors qu'un injecteur classique, de forme circulaire ne le permettrait pas. Une forme elliptique pour la buse de ces injecteurs est également envisagée. REVENDICATIONS1. Procédé de réhomogénéisation de l'écoulement de carburant dans les conduits d'admission (3) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter un composé fluidique dans les conduits primaires d'admission (2, 22, 32, 42), pour casser la rotation générée par l'admission de l'air ou de redresser les jets de carburant (18, 38) produits par les injecteurs de carburant placés dans les conduits primaires d'admission (2, 22, 32, 42) ou éviter l'accumulation de films liquides (44) sur la paroi interne d'un conduit primaire d'admission (42). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter le composé fluidique un peu en amont des jets de carburant (18) produit par les injecteurs, de part et d'autre de ces jets de carburant (18). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser deux injecteurs (10) diamétralement opposés et inclinés par rapport à la paroi du conduit primaire d'admission (2). 4. Procédé selon la revendication 1, le conduit primaire d'admission (22) et/ou le conduit principal (1) formant un coude (23), caractérisé en ce qu'il consiste à placer un injecteur (20) de composé fluidique dans le coude (23), de manière à projeter un jet (24) de composé fluidique de façon axiale dans le conduit primaire d'admission (22). 12 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter latéralement un jet (31) de composé fluidique, de façon inclinée par rapport à la paroi du conduit primaire d'admission (33) à la base du jet de carburant (38) formé par les injecteurs des carburants. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter latéralement et de façon inclinée par rapport à la paroi du conduit primaire d'admission (43) le composé fluidique qui a été préalablement chauffé pour projeter un jet (41) sur la paroi, à l'endroit où un film liquide (42) est susceptible de s'accumuler.