Brevet FR3100580A1 — publié le 20210312

Procédé d’injection d’eau dans la chambre de combustion (2) d’un moteur thermique à allumage commandé, cette chambre de combustion (2) comprenant une bougie (12) équipée d'une préchambre de combustion (20) recevant du gaz ou du carburant par un conduit principal (30) débouchant dans la préchambre de combustion (20), ce procédé comportant une étape d'injection d'eau dans la préchambre de combustion (20) en utilisant le conduit principal (30). Figure pour l’abrégé : Figure 1 PROCEDE D’INJECTION D’EAU DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION D’UN MOTEUR THERMIQUE A ALLUMAGE COMMANDE La présente invention concerne un procédé d’injection d’eau dans la chambre de combustion d’un moteur thermique à allumage commandé, ainsi qu’une culasse de moteur et une bougie d’allumage pour la mise en œuvre d’un tel procédé d’injection, et un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique mettant en œuvre ce procédé. Afin d’améliorer le rendement des moteurs à combustion interne et de diminuer les émissions de gaz polluants, un dispositif connu, présenté notamment par le document DE-A1-102017216627, réalise une injection d’eau dans les chambres de combustion par des injecteurs disposés en amont de cette chambre dans le cas d’une injection indirecte, ou dans les chambres dans le cas d’une injection directe. Ce dispositif comporte de plus un échangeur de chaleur pour réchauffer l’eau conduite vers les injecteurs, afin d’éviter un gel de cette eau. On obtient une diminution de la température de combustion qui permet de retarder l’apparition de l’auto-allumage du carburant provoquant du cliquetis, d’optimiser l’avance à l’allumage ou d’utiliser un mélange plus pauvre. On améliore le rendement tout en réduisant les émissions de gaz polluants, notamment les oxydes d’azote NOx. Le moteur peut être à piston à mouvement alternatif ou rotatif, utilisant tous types de carburant comme de l’essence, du biocarburant de type éthanol ou du gaz naturel comprimé. Dans le cas d’une injection directe d’eau dans les chambres de combustion, il est connu d’ajouter dans la culasse du moteur un conduit particulier pour chaque chambre permettant cette injection. Chaque chambre de combustion doit alors comporter un conduit d’injection d’eau débouchant dedans, en plus de la bougie et des soupapes, qui nécessite un espace de plus en plus difficile à trouver à cause de l’intégration d’un grand nombre de fonctions dans les culasses, et ajoute des composants entraînant une augmentation des coûts. Par ailleurs il est connu de réaliser autour des électrodes de la bougie générant l’étincelle électrique, une préchambre de combustion permettant d’optimiser l’allumage du mélange gazeux pour démarrer la combustion dans la chambre, ou d’obtenir une meilleure diffusion volumique de cette combustion à partir de l’allumage donné par l’étincelle. En particulier un type de préchambre connu dite passive, présenté notamment par le document US-A1-2006267469, comporte une enceinte entourant deux électrodes qui génèrent une première étincelle entre une électrode centrale recevant la charge électrique, et une deuxième électrode, puis une deuxième étincelle entre cette deuxième électrode et l’enceinte de la préchambre. De cette manière on optimise le départ de la combustion avec deux étincelles se répartissant dans un espace restreint, avant d’étendre la combustion vers la chambre principale par des passages permettant d’améliorer la combustion de l’ensemble des gaz dans cette chambre. Un autre type de préchambre connu dite active, comporte un conduit additionnel dans la bougie ou dans la culasse, permettant d’apporter du carburant ou des gaz comme de l’air, de l’ozone ou des gaz d’échappement recyclés, suivant les conditions de fonctionnement du moteur pour optimiser le départ de la combustion dans cette préchambre. Toutefois ce type de bougie à préchambre ajoute aussi des équipements complémentaires dans la culasse ou dans la chambre de combustion, qui rendent de la même manière difficile l’installation d’un conduit supplémentaire d’injection direct d’eau. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé d’injection d’eau dans la chambre de combustion d’un moteur thermique à allumage commandé, cette chambre de combustion comprenant une bougie équipée d'une préchambre de combustion recevant du gaz ou du carburant par un conduit principal débouchant dans la préchambre de combustion, ce procédé étant remarquable en ce qu'il comporte une étape d'injection d'eau dans la préchambre de combustion en utilisant le conduit principal. Un avantage de ce procédé est qu’on peut réaliser de manière simple et efficace une injection directe d’eau dans la chambre de combustion, en utilisant un conduit principal déjà existant prévu pour alimenter la préchambre. On évite de cette manière l’installation d’un conduit supplémentaire spécifique pour l’injection d’eau dans un espace où la place disponible est généralement très limitée, ce qui simplifie et diminue les coûts du système d’injection d’eau. Le procédé d’injection d’eau selon l’invention, ainsi qu’une culasse de moteur et une bougie d’allumage mettant en œuvre ce procédé, peuvent de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes que l’on peut combiner entre elles. Avantageusement, le procédé commande alternativement une injection de gaz et de carburant dans le conduit principal, ou une injection d’eau. L’invention a aussi pour objet une culasse de moteur thermique mettant en œuvre un procédé d’injection comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’elle comporte un conduit principal débouchant dans la préchambre de combustion. En particulier, le conduit principal peut comporter une électrovanne de commande de passage. De plus, la culasse peut comporter deux conduits d’alimentation disposés en amont du conduit principal, recevant pour l’un un mélange air et carburant et pour l’autre l’eau à injecter. Dans ce cas, les conduits d’alimentation peuvent comporter chacun une électrovanne de commande de passage. L’invention a aussi pour objet une bougie d’allumage de moteur thermique mettant en œuvre un procédé d’injection comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’elle comporte un conduit principal débouchant dans la préchambre de combustion. L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique, remarquable en ce que ce moteur thermique comporte une culasse ou des bougies d’allumage comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : est un schéma en coupe axiale d’une chambre de combustion comprenant un conduit principal réalisé dans la culasse, mettant en œuvre un procédé selon l’invention ; et est un schéma en coupe axiale d’une chambre de combustion comprenant un conduit principal réalisé dans la bougie. La figure 1 présente une chambre de combustion 2 entourée par une chemise cylindrique 4 contenant un piston coulissant 6, et fermée sur le dessus par une culasse 8. La culasse comporte des soupapes 10 d’admission et d’échappement des gaz, et une bougie centrale 12 comprenant un isolant extérieur 14, recevant sur le dessus une bobine d’allumage 16 pour envoyer une haute tension sur le conducteur interne de cette bougie. Une petite enceinte cylindrique 22 disposée dans la chambre de combustion 2, forme une préchambre de combustion 20 entourant une électrode 18 de la bougie 12. Un premier conduit d’alimentation en mélange air et carburant 34 comportant une première électrovanne de commande de passage 36, se prolonge par un conduit principal 30 comportant une deuxième électrovanne de passage 32, qui débouche dans la préchambre 20 juste à la base de la bougie 12. De cette manière on introduit dans la préchambre 20 un mélange optimisé d’air et de carburant, par exemple un mélange riche en carburant, permettant de démarrer facilement la combustion des gaz dans cette préchambre, pour notamment l’étendre ensuite à un mélange pauvre contenu dans la chambre principale 2. Le dessous de la préchambre 20 présentant une forme bombée, comporte plusieurs orifices 24 permettant de transmettre les radicaux de combustion qui démarre dans cette préchambre, au reste des gaz contenus dans la chambre de combustion 2 pour réaliser une inflammation volumique optimisée de ces gaz. Un deuxième conduit d’alimentation en eau 38 disposé parallèlement au premier conduit d’alimentation en air et carburant 34, comprenant une troisième électrovanne de commande de passage 40, débouche sur le conduit principal 30 pour injecter aussi de l’eau dans la préchambre 20. De cette manière on dispose sur la culasse 8 près de la chambre de combustion 2, un unique conduit principal 30 pouvant être alimenté par les deux conduits d’alimentation 34, 38. On évite ainsi d’ajouter à proximité de la bougie 12 et des soupapes 10, dans un espace déjà encombré, avec des contraintes mécaniques et thermiques fortes, un conduit supplémentaire. Le deuxième conduit d’alimentation 38 peut être formé directement dans la culasse 8 ou à l’extérieur de cette culasse, en le reliant à un équipement permettant l’arrivée d’eau à partir d’un réservoir extérieur. En particulier les deux électrovannes d’alimentation 36, 40 permettent d’injecter alternativement le mélange air et carburant ou de l’eau suivant des quantités et à des temps précis, en fonction de l’avancement du cycle de fonctionnement du moteur. La figure 2 présente une bougie 12 comprenant un perçage axial formant un conduit principal 50 relié à un conduit extérieur 52, qui débouche dans la préchambre 20 à côté de l’électrode 18. Le conduit extérieur 52 est relié au premier conduit d’alimentation 34 et au deuxième conduit d’alimentation 38, pour de la même manière recevoir dans la préchambre 20 le mélange air et carburant ou l’eau. On réalise ainsi avec un unique conduit principal 50 de la bougie 12 débouchant dans la préchambre 20, sans ajouter de conduit débouchant dans cette préchambre ou dans la chambre principale 2, une injection de produits venant de deux sources différentes. Procédé d’injection d’eau dans la chambre de combustion (2) d’un moteur thermique à allumage commandé, cette chambre de combustion (2) comprenant une bougie (12) équipée d'une préchambre de combustion (20) recevant du gaz ou du carburant par un conduit principal (30, 50) débouchant dans la préchambre de combustion (20), caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'injection d'eau dans la préchambre de combustion (20) en utilisant le conduit principal (30, 50). Procédé d’injection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il commande alternativement une injection de gaz ou de carburant dans le conduit principal (30, 50), ou une injection d’eau. Culasse de moteur thermique mettant en œuvre un procédé d’injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comporte un conduit principal (30) débouchant dans la préchambre de combustion (20). Culasse de moteur thermique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le conduit principal (30) comporte une électrovanne de commande de passage (32). Culasse de moteur thermique selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce qu’elle comporte deux conduits d’alimentation (34, 38) disposés en amont du conduit principal (30), recevant pour l’un un mélange air et carburant et pour l’autre l’eau à injecter. Culasse de moteur thermique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les conduits d’alimentation (34, 38) comportent chacun une électrovanne de commande de passage (36, 40). Bougie d’allumage (12) de moteur thermique mettant en œuvre un procédé d’injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comporte un conduit principal (50) débouchant dans la préchambre de combustion (20). Véhicule automobile équipé d’un moteur thermique, caractérisé en ce que ce moteur thermique comporte une culasse (8) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, ou des bougies d’allumage selon la revendication 7.