FR2713708A1 - Moteur à combustion interne fonctionnant avec des combustibles multiples. - Google Patents

Moteur à combustion interne fonctionnant avec des combustibles multiples. Download PDF

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Abstract

Moteur à combustion interne du type comprenant un premier système d'alimentation en combustible liquide (1), un second système d'alimentation en combustible gazeux (2) et des moyens de commande pour sélectivement faire fonctionner l'un ou l'autre des deux systèmes d'alimentation (1, 2), caractérisé en ce que les deux systèmes d'alimentation (1, 2) débouchent conjointement dans le circuit d'admission de l'air comburant à travers les mêmes orifices (7) d'introduction.

Description

MOTEUR A COMBUSTION INTIRMI FONCTIONNANT
AVEC DES COXBUSTIBLBS KULTIPLB8
La présente invention concerne un moteur à combustion interne de véhicule automobile, fonctionnant avec des combustibles multiples.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne fonctionnant alternativement avec du combustible liquide, comme par exemple de l'essence, et avec un combustible gazeux tel que du gaz naturel.
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.
Une solution connue pour diminuer la pollution des moteurs à combustion interne consiste à remplacer le combustible liquide généralement utilisé par un combustible gazeux tel que du gaz naturel (GNC) ou des gaz de pétrole (GPL). La combustion de ces combustibles gazeux produit en effet assez peu de polluants et réduit les émissions d'hydrocarbures (HC) imbrûlés particulièrement nocives pour l'environnement.
Cette solution présente en outre l'avantage supplémentaire de permettre l'utilisation d'une source alternative de combustible présent en tries grande quantité.
L'utilisation exclusive de combustibles gazeux peut poser toutefois des problèmes de stockage sur le véhicule, d'autonomie de fonctionnement et d'approvisionnement. Pour remédier à ces difficultés, il a été conçu des véhicules pouvant fonctionner alternativement avec un combustible gazeux par exemple lors d'une utilisation urbaine et avec un combustible liquide, tel que de l'essence, par exemple pour les longs trajets ou encore dans des régions qui ne disposent pas de source d'approvisionnement en gaz.
Selon l'art antérieur connu, les moteurs fonctionnant avec une bi-carburation combustible liquide/gaz, comportent la juxtaposition de deux systèmes distincts d'alimentation en combustible, l'un pour le combustible liquide et l'autre pour le gaz, débouchant directement dans le circuit d'admission de l'air comburant. Des moyens de commande adaptés faisant alors sélectivement fonctionner l'un ou l'autre des deux systemes d'alimentation suivant les ordres du conducteur et/ou des stratégies prédéterminées.
Le circuit du combustible liquide utilise en général un ou plusieurs électro-injecteurs, suivant que l'injection est du type monopoint ou multipoint, tandis que le circuit du gaz utilise classiquement une ou plusieurs buses d'injection débouchant sur la tubulure d'admission en aval du papillon des gaz (lorsque le moteur en est équipé).
Un tel montage présente certains inconvénients. En effet la Demanderesse a pu montrer que lorsque le moteur fonctionne avec le combustible gazeux, les nez des injecteurs de combustible liquide n'étant plus refroidis par l'écoulement quasi continu du combustible et par la vaporisation endothermique de celui-ci, sont alors soumis à des températures élevées qui peuvent entrainer leur blocage par polymérisation du combustible stagnant et formation d'un vernis sur les aiguilles des injecteurs.
La présente invention a donc pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un moteur à combustion dans lequel les systèmes d'alimentation en combustible gazeux et en combustible liquide débouchent dans le circuit d'admission en air comburant par les mêmes orifices d'injection.
Cette solution présente l'avantage de simplifier les opérations d'implantation des injecteurs et de permettre un refroidissement efficace des injecteurs de combustible liquide lorsque le moteur est alimenté en combustible gazeux, ceux-ci étant alors balayés par un flux gazeux froid.
Selon une autre caractéristique du moteur à combustion interne objet de l'invention, le système d'alimentation en combustible liquide comprend au moins un électro-injecteur disposé dans un logement correspondant du moteur qui débouche dans le circuit d'admission de l'air comburant par un orifice d'injection au droit duquel est positionné le nez de l'électro-injecteur, le second système d'alimentation comportant alors une conduite d'amenée du combustible gazeux qui débouche directement dans le logement au voisinage du nez de 1 'électro-injecteur.
Selon un premier mode de réalisation du moteur à combustion interne objet de l'invention, le système d'alimentation en combustible liquide est du type à manteau d'air, il coopère donc avec un circuit d'alimentation en air secondaire débouchant devant le nez de chaque électroinjecteur, le système d'alimentation en combustible gazeux étant alors directement raccordé au circuit d'alimentation en air secondaire.
Selon un autre mode de réalisation du moteur à combustion interne objet de l'invention, le premier système d'alimentation comporte un ou plusieurs électro-injecteurs -du type à assistance pneumatique, chaque injecteur coopérant avec un circuit d'alimentation en air sous pression, le système d'alimentation en combustible gazeux étant alors directement raccordé au circuit d'alimentation en air sous pression de chaque électro-inj ecteur.
Selon une autre caractéristique du moteur à combustion interne objet de l'invention, il est prévus des moyens distributeurs pilotés pour sélectivement alimenter en combustible gazeux le circuit d'alimentation en air coopérant avec chaque électro-inj ecteur.
Selon une autre caractéristique du moteur à combustion interne objet de l'invention, les moyens distributeurs comprennent une électrovanne du type trois voies manoeuvrée par les moyens de commande faisant sélectivement fonctionner l'un ou l'autre des systèmes d'alimentation.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après de deux modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la figure 1 est une vue schématique partielle des systèmes d'alimentation en combustibles d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec des combustibles liquides et gazeux selon l'invention
la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 présentant une variante de réalisation de l'invention.
Conformément aux figures, seuls les éléments du moteur nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Pour simplifier la lecture des dessins, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure & l'autre.
Dans les deux exemples de réalisation représentés, le moteur à combustion interne multicylindre considéré est destiné à fonctionner aussi bien avec du combustible gazeux du type gaz naturel qu'avec du combustible liquide tel que de l'essence.
I1 comporte donc d'une part un système d'alimentation en combustible liquide, référencé 1, comprenant un réservoir, une pompe refoulante, des moyens de filtration, un circuit d'amenée et des électro-injecteurs commandés par un système électronique de contrôle moteur, et d'autre part un système d'alimentation en combustible gazeux tel que du gaz naturel, référencé 2, comportant un réservoir sous pression, une vanne d'alimentation pilotée, un détendeur, un circuit d'amenée et des buses d'injection ou injecteurs de gaz 22.
Le système d'alimentation en combustible liquide 1 est classiquement du type à injection indirecte électronique multipoint. Une rampe d'injection 3 supportant les électro-injecteurs est fixée sur un élément de structure du moteur telle que la culasse non figurée ou encore le collecteur d'admission. Un seul électro-injecteur 14 a été représenté, les autres injecteurs étant disposés de manière identique à celui illustré.
Conformément à la figure 1, l'injecteur 14 est disposé dans un logement 4 correspondant agencé dans la rampe 3. La forme extérieure de l'injecteur 14 correspond sensiblement à la forme intérieure du logement 4. Une canalisation d'amenée du combustible 5 s'étend sensiblement sur toute la longueur de la rampe 3 et débouche dans un espace délimité par deux joints d'étanchéité 12 et 13, la paroi latérale médiane de l'injecteur 1 et la paroi interne de l'évidement 4 pour assurer l'alimentation latérale de l'injecteur 14 en combustible sous pression. Le combustible en excès est retourné au réservoir par une canalisation de retour 6.
Le nez 17 de l'électro-injecteur 14 disposé dans le fond du logement 4, est positionné au droit d'un perçage définissant un orifice d'injection 7 débouchant dans le circuit d'alimentation en air comburant du cylindre correspondant.
Le système d'injection utilisé dans l'exemple de réalisation figuré est du type à manteau d'air, c'est-à-dire qu'un système d'admission d'air secondaire débouche dans le circuit d'alimentation en air après avoir balayé le nez de l'injecteur 17 de façon à favoriser la vaporisation du combustible.
Le dispositif d'alimentation en air secondaire comprend une conduite 8 agencée dans la rampe d'injection 3 et débouchant dans le logement 4 au voisinage immédiat du nez 17 de l'injecteur.
Cette conduite est raccordée par ailleurs à un circuit 9 débouchant par un orifice d'aspiration non figuré dans le collecteur d'admission, en amont du papillon des gaz.
I1 est possible d'envisager en variante de réalisation, de raccorder le circuit 9 non pas au collecteur d'admission mais à une pompe à air pilotée ou bien encore à un circuit de recirculation des gaz d'échappement.
Le système d'alimentation en combustible gazeux 2 est alors selon l'invention directement raccordé sur le circuit d'alimentation en air secondaire. Pour ce faire une buse d'injection du combustible gazeux 22 est positionnée à l'extrémité de la conduite 8. Une électrovanne trois voies 10 pilotée par des moyens de commande appropriés est disposée au droit du raccordement de la conduite 8 avec le circuit d'alimentation en air 9 d'une part et avec le système d'alimentation en gaz 2 d'autre part.
La vanne 10 permet d'alimenter sélectivement la conduite 8 avec de l'air provenant du circuit 9 ou du combustible gazeux selon les conditions de fonctionnement du moteur et/ou le type de combustible choisi. Les moyens de commande de l'électrovanne 10 contrôlent par ailleurs le fonctionnement du système d'alimentation en combustible liquide 1 et du système d'alimentation en combustible gazeux 2 pour sélectivement faire fonctionner l'un ou l'autre des deux systèmes d'alimentation en combustible du moteur. Ces moyens peuvent être un système de commande autonome ou bien être directement intégrés dans le système électronique de contrôle moteur précité.
Le fonctionnement du dispositif d'alimentation qui vient d'être décrit est le suivant.
Lorsque le combustible choisi pour faire fonctionner le moteur est le combustible liquide, les moyens de commande maintiennent fermée la vanne d'alimentation du circuit d'amenée en combustible gazeux et opèrent l'actionnement de la pompe refoulante et des électro-injecteurs 14. La vanne 10 est alors pilotée pour faire débiter en permanence ou uniquement pendant des phases de fonctionnement prédéterminées du moteur, de l'air secondaire dans la conduite 8 pour favoriser la vaporisation du combustible liquide.
Lorsque le combustible choisi pour faire fonctionner le moteur est le gaz naturel, les moyens de commande opèrent alors l'arrêt de la pompe refoulante et des électro-injecteurs 14, ouvrent la vanne d'alimentation du circuit d'amenée en combustible gazeux et pilotent la vanne 10 de façon à permettre le passage du gaz dans la conduite 8. Le combustible gazeux est alors injecté dans le circuit d'alimentation en air comburant après avoir balayé le nez 17 de l'électro-injecteur 14, ce dernier est alors refroidi en permanence par le courant froid du gaz -combustible (le gaz combustible stocké sous pression est fortement refroidi lors de sa détente). Les risques de blocage de l'injecteur 14 par échauffement connus de l'art antérieur disparaissent alors complètement.
L'utilisation d'un système d'alimentation en combustible liquide en combinaison avec un circuit d'alimentation en air secondaire permet de simplifier le dessin du moteur et de réduire son coût de fabrication, en utilisant les mêmes conduites pour des fonctions différentes.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.
Ainsi, il est possible d'utiliser en lieu et place d'un système d'alimentation en combustible liquide du type à manteau d'air, un injecteur du type air/essence à assistance pneumatique. Le système d'alimentation en combustible gazeux est alors directement raccordé au circuit d'alimentation en air comprimé coopérant avec l'injecteur par l'intermédiaire d'une vanne de raccordement pilotée du type trois voies, similaire à la vanne 10 précitée. Le fonctionnement de l'ensemble est alors parfaitement similaire à celui décrit ci-dessus.
De même, il est possible d'utiliser un système d'alimentation en combustible liquide qui ne coopère pas avec un circuit d'alimentation en air secondaire. Le système d'alimentation en combustible liquide étant du type à injection électronique monopoint ou multipoint, il suffit alors de prévoir un perçage spécifique 8 raccordé au système d'alimentation en combustible gazeux 2 et qui débouche dans le logement de chaque injecteur au voisinage du nez d'injection.
La figure 2 présente ainsi une variante de réalisation, où l'injecteur 14 à combustible liquide est monté dans un perçage 4 à travers lequel est prévu l'alimentation en combustible de l'admission. Le perçage 4 est agencé dans la culasse ou dans le collecteur d'admission. Le nez de l'injecteur 17 est logé dans une pièce intermédiaire 27 insérée dans le perçage 4.
La pièce 27 dont la forme a été donnée pour exemple, comporte un manchon dans lequel vient se loger le nez 17 de l'injecteur 14, et une conduite auxiliaire débouchant par une extrémité dans la partie supérieure du manchon sensiblement au droit du nez 17 de l'injecteur, et dont l'autre extrémité se termine par un embout de fixation auquel est connecté un injecteur à gaz 22. Différents joints assurent l'étanchéité du montage.
Lors d'un fonctionnement au gaz du moteur, le combustible gazeux injecté par l'injecteur 22 circule au préalable à l'intérieur de la pièce 27 avant de pénétrer dans le conduit d'admission. Le courant gazeux balaye ainsi le nez 17 de l'injecteur 14, ce qui refroidit parfaitement ce dernier.
De plus, un tel montage particulièrement simple, permet d'équiper facilement un véhicule à essence avec un système d'alimentation en combustible gazeux puisqu'il n'est même pas nécessaire de déposer l'admission pour brancher le circuit d'alimentation en combustible gazeux.

Claims (1)

  1. REVENDICATION8 [1] Moteur à combustion interne du type comprenant un premier système d'alimentation en combustible liquide (1), un second système d'alimentation en combustible gazeux (2) et des moyens de commande pour sélectivement faire fonctionner l'un ou l'autre des deux systèmes d'alimentation (1,2), caractérisé en ce que les deux systèmes d'alimentation (1,2) débouchent conjointement dans le circuit d'admission de l'air comburant à travers les mêmes orifices (7) d'introduction.
    [2] Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que d'une part, le premier système d'alimentation (1) comprend au moins un électro-injecteur (14) disposé dans un logement correspondant (4), ledit logement (4) débouchant dans le circuit d'admission de l'air comburant par un orifice d'injection (7) au droit duquel est positionné le nez (17) de l'électroinjecteur (14), et en ce que d'autre part le second système d'alimentation (2) comporte une conduite d'amenée (8) du combustible gazeux débouchant dans le logement (4) au voisinage du nez (17) de l'électro-injecteur (14). t3] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le premier système d'alimentation (1) est du type à manteau d'air, chaque électro-injecteur (14) coopérant avec un circuit d'alimentation en air secondaire (9,8) débouchant devant le nez (17) dudit électro-injecteur (14) et en ce que ledit second système d'alimentation en combustible gazeux (2) est directement raccordé audit circuit d'alimentation en air secondaire.
    (4) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier système d'alimentation (1) comporte au moins un électro-injecteur du type à assistance pneumatique coopérant avec un circuit d'alimentation en air sous pression et en ce que ledit second système d'alimentation en combustible gazeux (2) est raccordé directement audit circuit d'alimentation en air sous pression. t5] Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens distributeurs pilotés (10) pour sélectivement alimenter en combustible gazeux le circuit d'alimentation en air (8) coopérant avec 1 'électro-injçcteur. t6] Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens distributeurs pilotés comprennent une électrovanne du type trois voies (10) manoeuvrée par lesdits moyens de commande faisant sélectivement fonctionner l'un ou l'autre des systèmes d'alimentation (1,2).
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