Brevet FR3087499A1 — publié le 20200424

Description Titre de l'invention : Dispositif d'injection d'eau dans l'admission d'air de moteurs à combustion interne et architecture de moteur comprenant ledit dispositif mol j L'invention concerne un dispositif d'injection d'eau dans l'admission d'air de moteurs à combustion interne et une architecture de moteur comprenant l'intégration dudit dispositif dans l'environnement de la culasse. Technique antérieure 100021 Les moteurs à combustion interne des véhicules automobiles sont parfois pourvus de dispositifs d'injection d'eau à l'admission destiné à refroidir l'air entrant dans la chambre de combustion. 100031 En effet, en s'évaporant par échauffement, l'eau injectée sous forme pulvérisée absorbe alors de l'énergie (du fait de sa chaleur latente de vaporisation), ce qui refroidit et donc augmente la densité de fair entrant dans le moteur. 100041 11 en résulte une réduction des émissions de polluants (NO,,) et une augmentation des performances du moteur et, plus particulièrement, des moteurs à essence en atténuant le phénomène de cliquetis. 100051 En général, ces dispositifs d'injection comprennent une série d'injecteurs pourvus d'une buse de pulvérisation d'eau, qui sont disposés dans le collecteur d'admission d'air, en amont des soupapes d'admission et à proximité immédiate des chambres de combustion. [0006] Les injecteurs habituellement utilisés produisent des jets alignés ou présentant un très léger décalage angulaire avec l'axe du corps de l'injecteur. [0007] Dans les architectures traditionnelles des moteurs à injection d'eau, ces injecteurs sont implantés le plus près possible des soupapes d'admission et donc, soit directement sur la culasse soit sur le répartiteur d'admission. [0008] Dans ce contexte, le brevet EP2918813 décrit un dispositif d'injection d'eau pour le moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant au moins un injecteur d'eau positionné au-dessus du conduit d'admission de la culasse de façon à ce que l'eau soit injecté dans le prolongement du corps de l'injecteur et de façon colinéaire au flux de carburant. [0009] Le brevet FI20030049 décrit un dispositif d'injection pour fournir de l'eau à l'admission du moteur afin de réduire les oxydes d'azote. Ce dispositif est monté de telle sorte que le jet d'eau pulvérisé par l'injecteur est perpendiculaire du flux de carburant. [0010] Le brevet EP0586891 décrit un dispositif d'injection de fluide additionnel dans un moteur à combustion. Le dispositif est monté dans le prolongement du conduit d'admission de la culasse de telle sorte que le fluide additionnel est injecté dans le prolongement du corps de l'injecteur et avec une faible inclinaison par rapport au fluide délivré par le conduit d'admission. [0011] Le brevet 5E8304844 décrit un moteur à combustion interne et à turbocompresseur comprenant des moyens d'injection d'eau dans la chambre à combustion. Ces moyens d'injections d'eau sont constitués d'une série d'injecteurs répartis sur chaque cylindre et sur chaque conduit d'admission. Ces injecteurs sont conçus pour délivrer un jet dans le prolongement du corps et positionnés pour que ce jet présente un faible décalage angulaire avec le flux de liquide passant dans le conduit d'admission. [0012] Or, la tendance consiste à compacter les culasses et les répartiteurs et, par conséquent, les architectures actuelles, telles que décrites dans l'art antérieur, ne permettent plus de disposer de zones dégagées compatibles avec les besoins fonctionnels des injecteurs. [0013] En général, les injecteurs ne peuvent être implantés dans l'environnement de la culasse (en particulier, sur une culasse dite basse c'est-à-dire très compacte) que selon une architecture comprenant essentiellement trois modes possibles de positionnement : - sur le dessus du conduit d'admission de la culasse, mais cette zone ne présente plus aujourd'hui assez d'espace et le corps de l'injecteur vient alors en butée avec les composants environnants (capteurs, filtre à air, ...), ou - en dessous du conduit d'admission de la culasse, mais là encore, cette zone est trop étroite et la présence du corps est entravée par les organes de fixation des éléments préfabriqués de culasse qui sont destiné à être assemblés, ou bien - sur le répartiteur d'admission dans le prolongement du conduit dans la culasse, mais là aussi, le corps de l'injecteur vient interférer avec les composants fonctionnels environnants. Exposé de l'invention [0014] La présente invention a pour but de résoudre les problèmes techniques posés par l'art antérieur en proposant un dispositif d'injection d'eau permettant, d'une part, de pulvériser un jet dans une direction optimale alors que le corps de l'injecteur est, quant à lui, monté dans une position et une orientation d'implantation imposées (ou seulement possible) par son environnement et, d'autre part, de ne pas limiter l'architecture à trois modes de positionnement.. [0015] Ce but est atteint, selon l'invention, au moyen d'un dispositif d'injection d'eau dans l'admission d'air de moteurs à combustion interne, comprenant au moins un injecteur constitué d'un corps renfermant, selon son axe longitudinal, un conduit interne raccordé à son extrémité à une buse de pulvérisation pourvue d'un orifice d'éjection, caractérisé en ce que ladite buse de pulvérisation présente au moins un orifice d'éjection produisant un jet orienté de façon non colinéaire par rapport à l'axe longitudinal dudit corps. [0016] Selon une caractéristique avantageuse, l'orifice d'éjection est réalisé de telle sorte que le jet soit orienté selon un angle compris entre 45° et 110° par rapport à l'axe longitudinal dudit corps. [0017] Selon une variante spécifique, la buse présente deux orifices d'éjection produisant chacun un jet. [0018] De préférence, le profil des orifices d'éjection est tel que chacun des deux jets est orienté à 90° par rapport à l'axe longitudinal du corps. [0019] Selon un premier mode de réalisation du dispositif d'injection de l'invention, la buse de pulvérisation est logée dans la paroi latérale du conduit interne du corps. [0020] Selon une variante éventuellement associée au premier mode de réalisation, l'orifice d'éjection est ménagé au travers de la paroi latérale du corps. [0021] Selon un second mode de réalisation du dispositif d'injection de l'invention, la buse est rapportée sur le corps. [0022] Un autre objet de l'invention est une architecture de moteur à combustion interne pour véhicule automobile comprenant une culasse renfermant une chambre de combustion et pourvue, dans son environnement, d'au moins un conduit d'admission d'air, d'un répartiteur d'admission et d'un dispositif d'injection d'eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque injecteur est monté dans l'environnement de la culasse en toute position laissant suffisamment d'espace pour le corps, la buse de pulvérisation et/ou l'orifice d'éjection étant adaptés pour que le jet d'eau émis vise l'entrée de la chambre de combustion quelle que soit la position du corps. 100231 Selon une première variante d'architecture, les injecteurs sont montés directement sur la culasse à proximité immédiate des soupapes. 100241 Selon une autre variante d'architecture les injecteurs sont montés sur le répartiteur d'admission. 100251 L'invention permet d'injecter l'eau sous forme pulvérisée au plus près de la chambre de combustion au moyen d'au moins un jet orienté dans la direction choisie quelle que soit la position et l'orientation du corps de l'injecteur. 100261 En outre, le dispositif d'injection de l'invention peut, le cas échéant, assurer l'injection d'eau dans la chambre de combustion avec plusieurs jets dont les débits et les orientations sont diversifiées ce qui permet d'optimiser les effets de l'eau pulvérisée en fonction des besoins du moteur. 100271 Le dispositif d'injection d'eau selon l'invention offre ainsi de multiples possibilités d'architectures d'implantation des injecteurs sur la culasse et/ou le répartiteur et ouvre, 4 par conséquent, la voie à de nouvelles architectures de ligne d'admission d'air, différentes et plus compactes que les solutions d'injection existantes. [0028] Enfin, l'invention évite de modifier ou d'adapter les nouvelles architectures de moteur pour pouvoir utiliser les technologies d'injecteur traditionnelles qui imposent des implantations devenues désormais incompatibles avec l'environnement actuel des culasses. Brève description des dessins [0029] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après. La [Figure 1A] et la [Figure 113] sont des vues en coupe du dispositif d'injection d'eau de l'invention selon deux architectures correspondant à deux modes distincts d'implantation, respectivement, sur le répartiteur d'admission et directement sur la culasse. La [Figure 2A] et la [Figure 2B] sont des vues de détail de deux modes de réalisation du corps d'un injecteur utilisé par le dispositif de l'invention. La [Figure 3] est un schéma illustrant l'orientation de divers profils de jets émis par le dispositif d'injection d'eau de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. Description des modes de réalisation 100301 Naturellement, les modes de réalisation illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrits ci-après ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatif. Il est expli- citement prévu que l'on puisse combiner entre eux ces différents modes pour en proposer d'autres. [0031] La présente invention concerne un dispositif destiné à l'injection d'eau sous forme pulvérisée dans le flux d'air d'admission alimentant la chambre de combustion d'un moteur de véhicule automobile. La chambre de combustion est formée de la réunion de plusieurs cylindres et est délimitée par une culasse C pourvue de soupapes d'admission. [0032] Le dispositif de l'invention comprend, de manière traditionnelle, au moins un injecteur 1 constitué d'un corps 11 pourvu, selon son axe longitudinal X. d'un conduit interne 10 raccordé à son extrémité à une buse de pulvérisation 12 pourvue d'un orifice d'éjection 12a, comme illustré par les [figure 1A] et [figure 1B]. [0033] Dans les injecteurs traditionnels, la buse de pulvérisation 12 se trouve dans le pro- longement rectiligne du conduit interne 10 du corps 11 et émet donc un jet axial au travers de son orifice d'éjection 12a. [0034] Afin d'injecter l'eau sous forme pulvérisée au plus près des soupapes, l'injecteur est monté sur le conduit d'admission de telle sorte que le jet issu de la busc 12 soit orienté vers les soupapes et en direction de la chambre. [0035] Cependant, du fait de la compacité de l'environnement actuel des culasses, l'espace disponible pour les injecteurs s'est considérablement réduit et ne permet plus l'intégration de ces injecteurs traditionnels dans le conduit d'admission. [0036] La présente invention vise à résoudre ce problème en modifiant la structure des injecteur 1 pour que la buse de pulvérisation 12 présente au moins un orifice d'éjection 12a produisant un jet orienté de façon non colinéaire par rapport à l'axe longitudinal X du corps 11, comme illustré, notamment, par la [figure 2A]. [0037] Cet orifice d'éjection 12a est réalisé de telle sorte que le jet soit orienté selon un angle compris entre 45° et 1100 par rapport à l'axe longitudinal X du corps 11, comme illustré par la [figure 3]. [0038] Dans ces conditions, le profil du corps 11 de l'injecteur 1 n'est pas modifié mais la busc 12 est alors soit logée dans la paroi latérale du conduit interne 10, soit rapportée sur le corps. [0039] Cette configuration permet de positionner et de monter le corps de l'injecteur dans tout espace disponible autour de la culasse C sans se soucier de la direction du jet qui est orientable en choisissant une busc de pulvérisation 12 et un orifice d'éjection 12a de profil et de géométrie appropriés. [0040] L'orifice d'éjection 12a peut être ménagé directement au travers de la paroi latérale du corps 11 ou réalisé sur la buse 12 elle-même. [0041] Selon une variante spécifique illustrée par la [figure 2B], la buse 12 présente deux orifices d'éjection 12a, 12b produisant chacun un jet. [0042] De préférence, le profil de ces orifices d'éjection 12a, 12b est tel que chacun des deux jets est orienté à 900 par rapport à l'axe longitudinal X du corps 11 de l'injecteur 1. [0043] L'invention concerne également une nouvelle architecture de moteur à combustion interne comprenant une culasse C renfermant une chambre de combustion et pourvue, dans son environnement, de soupapes, au moins un conduit d'admission d'air, un répartiteur d'admission R et un dispositif d'injection conforme à celui de l'invention. [0044] Dans cette nouvelle architecture, les injecteurs 1 sont montés dans l'environnement de la culasse C aux seuls emplacements laissant suffisamment d'espace pour leurs corps 11 respectifs. Afin que le jet d'eau émis par la buse 12 vise et atteigne l'entrée de la chambre de combustion, quelle que soit la position d'implantation du corps 11, la buse 12 et son orifice d'éjection 12a sont alors adaptés et réglés en conséquence. [0045] Ainsi, dans une première variante d'architecture, les injecteurs 1 sont montés sur le répartiteur d'admission R, comme illustré par la [figure 1A l. [0046] Selon une seconde variante d'architecture, les injecteurs sont montés directement sur la culasse C à proximité immédiate des soupapes, comme illustré par la [figure 1B]. [0047] Par conséquent, les architectures de l'invention permettent d'injecter l'eau sous forme pulvérisée au plus près de la chambre de combustion au moyen d'au moins un jet orienté dans la direction choisie quelle que soit la position et l'orientation du corps de l'injecteur. 7