FR2696504A1 - Additional air injector for internal combustion engine - includes combustion chamber, principal inlet air conduit,and evacuation outlet conduit for burnt gases, with inlets and outlets controlled by cam operated valves - Google Patents

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Abstract

Additional air is injected into the internal combustion engine, which is of the type, which consists of a combustion chamber (1), with the principle air inlet pipe (2), leading past the fuel injector nozzle (16). The burnt gases are passed through the exhaust. The inlets (2) and outlets (3) are controlled by valves, operated by the control cams. The injector, for additional air, presents two separate points of injection (12 and 18). The primary opening (12) injects air into the exhaust outlet in the region of the exhaust valve opening and the secondary opening (18) injects air into the inlet, in the area of the fuel injector nozzle (16). USE/ADVANTAGE - It is a simple and efficient method to provide extra air to produce cleaner burning of the fuel gases.

Description

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MUNI D'UN
DISPOSITIF D'INJECTION D'AIR ADDITIONNEL
La présente invention concerne un moteur à combustion interne muni d'un dispositif d'injection d'air additionnel.INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH ONE
ADDITIONAL AIR INJECTION DEVICE
The present invention relates to an internal combustion engine provided with an additional air injection device.

Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. The standards concerning pollution and consumption of internal combustion engines fitted to motor vehicles are becoming more stringent every day in all industrialized countries. The automotive industry is therefore now busy finding technical solutions to meet these obligations, without penalizing either the performance of the engines or their cost price.

Une technique connue pour diminuer la pollution des moteurs à combustion interne consiste à injecter dans le collecteur d'admission de l'air pour provoquer la post-combustion des gaz d'échappement, c'est-à-dire l'oxydation du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures HC imbrûlés contenus dans les gaz d'échappement. A known technique for reducing the pollution of internal combustion engines consists in injecting air into the intake manifold to cause the post-combustion of the exhaust gases, that is to say the oxidation of the monoxide. CO carbon and unburnt HC hydrocarbons contained in the exhaust gases.

La mise en oeuvre de la post-combustion est obtenue classiquement en insufflant de l'air frais sous pression directement dans les tubulures du collecteur d'échappement au voisinage des soupapes d' échappement.  The implementation of post-combustion is conventionally obtained by blowing pressurized fresh air directly into the pipes of the exhaust manifold in the vicinity of the exhaust valves.

L'injection d'air frais à l'échappement est également utilisée pour assurer l'amorçage des pots catalytiques (montée en température des monolithes). The injection of fresh exhaust air is also used to prime the catalytic converters (temperature rise of the monoliths).

I1 est également connu de part la technique dite des injecteurs à manteau d'air, d'améliorer la qualité du mélange carburé admis dans les chambres de combustion en utilisant un apport d'air au débouché des nez d'injecteurs de carburant de façon à favoriser la pulvérisation du combustible. Pour ce faire une partie du débit d'air principal est dérivée et alimente une rampe annexe sur laquelle sont montés les injecteurs. L'apport d'air est alors généré normalement par aspiration naturelle. It is also known from the technique known as air mantle injectors, to improve the quality of the fuel mixture admitted into the combustion chambers by using an air supply at the outlet of the fuel injector noses so as to promote fuel atomization. To do this, part of the main air flow is diverted and feeds an annexed ramp on which the injectors are mounted. The air intake is then normally generated by natural aspiration.

Toutefois le débit d'air au nez des injecteurs doit être calibré de façon à ne pas augmenter le régime de ralenti et éviter ainsi une consommation superflue du carburant, ce qui limite l'efficacité du système de pulvérisation.However, the air flow at the nose of the injectors must be calibrated so as not to increase the idling speed and thus avoid unnecessary fuel consumption, which limits the efficiency of the spraying system.

Le but de la présente invention est de proposer un nouveau type de moteur à combustion interne particulièrement peu polluant, équipé d'un dispositif d'injection d'air additionnel permettant de combiner à la fois la post-combustion à l'échappement et l'utilisation d'injecteurs à manteau d'air, les moyens d'introduction de l'air additionnel à l'échappement et à l'admission coopérant pour former un ensemble simple, efficace et peu onéreux. The object of the present invention is to propose a new type of internal combustion engine which is particularly low-polluting, equipped with an additional air injection device making it possible to combine both the afterburner with the exhaust and the use of air mantle injectors, the means for introducing additional air to the exhaust and the intake cooperating to form a simple, effective and inexpensive assembly.

Le moteur à combustion interne selon l'invention est du type multicylindre à injection indirecte multipoint. Chaque chambre de combustion est munie d'un moins un conduit d'admission principal où débouche le nez d'un injecteur de carburant et d'au moins un conduit d'échappement, ces conduits débouchant par des sièges sur lesquels peuvent s'appliquer des soupapes manoeuvrées par des cames de commande. The internal combustion engine according to the invention is of the multicylinder type with multipoint indirect injection. Each combustion chamber is provided with at least one main intake duct where the nose of a fuel injector opens and at least one exhaust duct, these ducts opening out through seats on which can be applied valves operated by control cams.

Selon l'invention, le moteur est muni d'un dispositif d'injection d'air additionnel caractérisé en ce qu'il présente pour chaque chambre de combustion, deux orifices distincts d'injection, un premier orifice débouchant dans le conduit d'échappement dans la zone d'ouverture de la soupape d'échappement et un second débouchant dans le conduit d'admission au voisinage du nez de l'injecteur. According to the invention, the engine is provided with an additional air injection device characterized in that it has, for each combustion chamber, two separate injection orifices, a first orifice opening into the exhaust duct. in the opening area of the exhaust valve and a second opening in the intake duct in the vicinity of the nozzle nose.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'injection d'air comporte deux orifices d'aspiration de l'air, le premier débouchant à l'atmosphère par l'intermédiaire de moyens de filtration appropriés et le second débouchant dans le collecteur d'admission en amont des injecteurs. According to another characteristic of the invention, the air injection device comprises two air suction orifices, the first opening into the atmosphere by means of suitable filtration means and the second opening into the intake manifold upstream of the injectors.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'injection d'air comporte une pompe à air pilotée refoulant l'air sous pression depuis ledit premier orifice d'aspiration jusqu'aux différents orifices d'injection. According to another characteristic of the invention, the air injection device comprises a piloted air pump delivering the pressurized air from said first suction orifice to the various injection orifices.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la mise en oeuvre de la pompe est activée par des moyens de contrôle appropriés, suivant les conditions de fonctionnement du moteur. According to another characteristic of the invention, the implementation of the pump is activated by appropriate control means, according to the operating conditions of the engine.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'injection d'air comprend pour chaque chambre de combustion, deux trajets distincts d'amenée de l'air additionnel, un premier trajet commandé par la pompe d'aspiration relie le premier orifice d'aspiration au premier orifice d'injection et un second trajet relie le second orifice d'aspiration au second orifice d'injection, ces deux trajets étant reliés en aval de la pompe à air par une conduite de dérivation. According to another characteristic of the invention, the air injection device comprises for each combustion chamber, two separate paths for supplying additional air, a first path controlled by the suction pump connects the first orifice the first injection port and a second path connects the second suction port to the second injection port, these two paths being connected downstream of the air pump by a bypass line.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier circuit est pourvu d'une soupape anti-retour disposée en aval de la conduite de dérivation dans le sens de l'écoulement de l'air. According to another characteristic of the invention, the first circuit is provided with a non-return valve arranged downstream of the bypass pipe in the direction of the air flow.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le second circuit est pourvu d'une soupape anti-retour disposée en amont de la conduite de dérivation. According to another characteristic of the invention, the second circuit is provided with a non-return valve arranged upstream of the bypass pipe.

On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la figure 1 est une vue schématique partielle du moteur à combustion interne muni d'un dispositif d'admission d'air additionnel selon l'invention.The aims, aspects and advantages of the present invention will be better understood from the description given below of an embodiment of the invention, presented by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing, in which
Figure 1 is a partial schematic view of the internal combustion engine provided with an additional air intake device according to the invention.

Conformément à la figure 1, seuls les éléments du moteur nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. In accordance with FIG. 1, only the elements of the engine necessary for understanding the invention have been shown.

Le moteur comprend une pluralité de chambres de combustion identiques à la chambre de combustion référencée 1. Un conduit principal d'admission 2 de l'air comburant et un conduit d'échappement 3 des gaz brûlés débouchent dans cette chambre. Les orifices de ces conduits sont munis de sièges rapportés sur lesquels peuvent s'appliquer des soupapes à tiges dont les ouvertures et les fermetures sont commandées par des cames de commande non figurées. Un injecteur de carburant 16 débouche dans le conduit d'admission au voisinage de la soupape d'admission. The engine comprises a plurality of combustion chambers identical to the combustion chamber referenced 1. A main intake duct 2 for the combustion air and an exhaust duct 3 for the burnt gases open into this chamber. The orifices of these conduits are provided with attached seats to which rod valves can be applied, the openings and closings of which are controlled by control cams which are not shown. A fuel injector 16 opens into the intake duct in the vicinity of the intake valve.

Le dispositif d'injection d'air additionnel comprend un premier circuit 4 assurant l'insufflation de l'air à l'échappement. Ce circuit se compose, dans l'exemple de réalisation décrit, d'un orifice d'aspiration 5 débouchant à l'atmosphère via un filtre à air, ce filtre à air pouvant être spécifique au dispositif ou bien être le filtre à air du moteur, d'un silencieux d'admission 7, d'une pompe à air 6, d'un silencieux de refoulement 8 et d'une tubulure d'amenée de l'air débouchant dans le conduit d'échappement 3 au voisinage de la soupape d'échappement par un orifice d'injection ou buse 12.La tubulure d'amenée de l'air mettant en communication la pompe 6 et l'orifice de sortie 12 est pourvue de moyens de contrôle du débit d'air 9, par exemple une soupape à membrane pilotée par la dépression moteur, et d'une soupape anti-retour 10 pour éviter les remontées de gaz d'échappement vers la pompe. The additional air injection device comprises a first circuit 4 which insufflates the air to the exhaust. This circuit consists, in the embodiment described, of a suction orifice 5 opening to the atmosphere via an air filter, this air filter can be specific to the device or else be the air filter of the engine. , an intake silencer 7, an air pump 6, a discharge silencer 8 and an air supply pipe opening into the exhaust duct 3 in the vicinity of the valve exhaust by an injection orifice 12 or nozzle. The air supply pipe connecting the pump 6 and the outlet orifice 12 is provided with means for controlling the air flow 9, for example a diaphragm valve controlled by the engine vacuum, and a non-return valve 10 to prevent the return of exhaust gas to the pump.

Le dispositif d'injection d'air additionnel comprend un second circuit 11 assurant l'insufflation de l'air à l'admission, au voisinage immédiat du nez de l'injecteur 16 pour favoriser la vaporisation du carburant. Ce circuit se compose, dans l'exemple de réalisation décrit, d'un orifice d'aspiration non figuré débouchant dans le collecteur d'admission, en amont du papillon des gaz, et d'une tubulure d'amenée de l'air 15 débouchant dans le conduit d'admission 2 au voisinage du nez d'injection de l'injecteur 16 par un orifice d'injection 18. La tubulure d'amenée de l'air 15 comporte également une soupape anti-retour 17. The additional air injection device comprises a second circuit 11 insufflating the air at the intake, in the immediate vicinity of the nose of the injector 16 to promote the vaporization of the fuel. This circuit consists, in the described embodiment, of a non-illustrated suction orifice opening into the intake manifold, upstream of the throttle valve, and an air supply pipe 15 opening into the intake duct 2 in the vicinity of the injection nose of the injector 16 through an injection orifice 18. The air supply pipe 15 also includes a non-return valve 17.

Les deux circuits d'admission d'air 4 et 11 communiquent entre eux par une dérivation 14 raccordant directement la tubulure 13 à la tubulure 15. Cette dérivation 14 relie la tubulure 13 en amont des moyens de contrôle 9 et la tubulure 15 en aval de la soupape anti-retour 17. The two air intake circuits 4 and 11 communicate with each other by a bypass 14 directly connecting the tubing 13 to the tubing 15. This bypass 14 connects the tubing 13 upstream of the control means 9 and the tubing 15 downstream of the non-return valve 17.

Par ailleurs, la mise en service de la pompe est pilotée par des moyens de commande appropriés comme par exemple le système électronique de contrôle moteur (ou calculateur d'injection) de façon à ajuster le débit de l'air sous pression suivant les conditions de fonctionnement du moteur.  Furthermore, the commissioning of the pump is controlled by appropriate control means such as for example the electronic engine control system (or injection computer) so as to adjust the flow of pressurized air according to the conditions of engine operation.

Ces moyens de commande permettent de déterminer les caractéristiques de l'injection d'air, phasage et durée de l'injection à partir des valeurs d'un ou plusieurs paramètres représentatifs du fonctionnement moteur, tels que le régime et la charge. These control means make it possible to determine the characteristics of the air injection, phasing and duration of the injection from the values of one or more parameters representative of the engine operation, such as the speed and the load.

Le système électronique de contrôle moteur est à même de piloter la mise en oeuvre de la pompe pour optimiser le fonctionnement du moteur. The electronic engine control system is able to control the implementation of the pump to optimize engine operation.

Conformément à la description précédente le fonctionnement du dispositif d'injection d'air additionnel est le suivant. In accordance with the preceding description, the operation of the additional air injection device is as follows.

Dans certaines conditions de fonctionnement prédéterminées du moteur et plus particulièrement lors des démarrages à froid, les moyens de commande activent la pompe 6, ce qui provoque l'injection d'air sous pression à la fois à l'échappement via l'orifice de sortie 12, de façon à amorcer le pot catalytique et à l'admission via l'orifice de sortie 18 ce qui favorise la pulvérisation du carburant et donc la préparation du mélange carburé indispensable à une bonne combustion. Under certain predetermined operating conditions of the engine and more particularly during cold starts, the control means activate the pump 6, which causes the injection of pressurized air both at the exhaust via the outlet orifice 12, so as to prime the catalytic converter and the intake via the outlet orifice 18 which promotes the atomization of the fuel and therefore the preparation of the fuel mixture essential for good combustion.

Lorsque les conditions de fonctionnement du moteur ne rendent plus nécessaire l'injection d'air à l'échappement, la pompe est alors arrêtée ce qui a pour effet d'interrompre la circulation de l'air dans le circuit 4. Le circuit 11 continue lui à injecter de l'air par aspiration naturelle sous l'effet de la dépression régnant dans la conduite d'admission principale 2.  When the engine operating conditions no longer make it necessary to inject air into the exhaust, the pump is then stopped, which has the effect of interrupting the circulation of air in the circuit 4. The circuit 11 continues him to inject air by natural aspiration under the effect of the vacuum prevailing in the main intake pipe 2.

Ainsi durant la phase de fonctionnement de la pompe à air 6, l'efficacité de la pulvérisation de l'injecteur 16 est très sensiblement améliorée grâce à l'utilisation d'un débit d'air pressurisé, particulièrement bénéfique dans les conditions de fonctionnement du moteur. Après l'arrêt de la pompe à air 6, le système d'assistance à la pulvérisation continue à fonctionner par aspiration naturelle, le moteur est alors équipé d'un système classique d'injection à manteau d'air bien adapté aux conditions de fonctionnement du moteur où il est mis en oeuvre. Thus during the operating phase of the air pump 6, the efficiency of the spraying of the injector 16 is very significantly improved thanks to the use of a pressurized air flow, which is particularly beneficial under the operating conditions of the engine. After the air pump 6 has stopped, the spraying assistance system continues to operate by natural aspiration, the engine is then fitted with a conventional air mantle injection system well suited to the operating conditions. of the engine where it is used.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qutà titre d'exemple. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and illustrated which has been given only by way of example.

Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.  On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described and their combinations if these are carried out according to the spirit.

Claims (1)

REVENDICATIONS [1] Moteur à combustion interne muni d'un dispositif d'injection d'air additionnel du type comprenant au moins une chambre de combustion (1), un conduit (2) d'admission principal de l'air comburant où débouche le nez d'un injecteur (16) de carburant et un conduit (3) d'échappement pour l'évacuation des gaz brûlés, ces conduits (2,3) débouchant par des sièges sur lesquels peuvent s'appliquer des soupapes manoeuvrées par des cames de commande, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection d'air additionnel présente deux orifices distincts d'injection (12,18), un premier orifice (12) débouchant dans le conduit d'échappement (3) dans la zone d'ouverture de la soupape d'échappement et un second orifice (18) débouchant dans le conduit d'admission (2) au voisinage du nez de l'injecteur (18). [1] Internal combustion engine fitted with an additional air injection device of the type comprising at least one combustion chamber (1), a duct (2) for the main intake of the combustion air where the nose opens a fuel injector (16) and an exhaust pipe (3) for the evacuation of the burnt gases, these pipes (2,3) opening out through seats on which valves operated by cams can be applied control, characterized in that said additional air injection device has two separate injection orifices (12,18), a first orifice (12) opening into the exhaust duct (3) in the opening zone of the exhaust valve and a second orifice (18) opening into the intake duct (2) in the vicinity of the nozzle nose (18). C23 Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection d'air comporte deux orifices d'aspiration, le premier orifice (5) débouchant à l'atmosphère par l'intermédiaire de moyens de filtrations appropriés et le second débouchant dans le collecteur d'admission en amont de l'injecteur (16). C23 Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that said air injection device comprises two suction orifices, the first orifice (5) opening to the atmosphere by means of suitable filtration means and the second opening into the intake manifold upstream of the injector (16). [3] Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection d'air comporte une pompe à air (6) pilotée refoulant l'air sous pression depuis ledit premier orifice d'aspiration (5) jusqu'aux différents orifices d'injection (12,18). [3] Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that said air injection device comprises an air pump (6) which drives the pressurized air from said first suction port (5) up to '' at the various injection orifices (12,18). [4] Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mise en oeuvre de la pompe à air (6) est activée par des moyens de contrôle appropriés, suivant les conditions de fonctionnement du moteur. [4] Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the implementation of the air pump (6) is activated by appropriate control means, depending on the operating conditions of the engine. [5] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection d'air comprend deux trajets d'amenée de l'air additionnel (4,11), un premier trajet (4) commandé par la pompe à air (6) reliant ledit premier orifice d'aspiration (5) audit premier orifice d'injection (12) et un second trajet (11) reliant ledit second orifice d'aspiration audit second orifice d'injection (18), ledit premier trajet (4) étant raccordés au second trajet (11) en aval de la pompe d'aspiration (6) par une conduite de dérivation (14).[5] Internal combustion engine according to any one of claims 3 to 4, characterized in that said air injection device comprises two paths for supplying additional air (4,11), a first path (4) controlled by the air pump (6) connecting said first suction port (5) to said first injection port (12) and a second path (11) connecting said second suction port to said second port injection (18), said first path (4) being connected to the second path (11) downstream of the suction pump (6) by a bypass line (14). [6] Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier circuit (4) est pourvu d'une soupape antiretour (10) disposée en aval de la conduite de dérivation (14). [6] Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that said first circuit (4) is provided with a non-return valve (10) disposed downstream of the bypass line (14). (7] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que ledit second circuit (11) est pourvu d'une soupape anti-retour (17) disposée en amont de la conduite de dérivation (14).  (7] Internal combustion engine according to any one of claims 5 to 6, characterized in that said second circuit (11) is provided with a non-return valve (17) disposed upstream of the bypass line (14 ).
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