FR2720114A1 - Procédé et dispositif de préparation d'un mélange carbure dans un moteur quatre temps à allumage commandé. - Google Patents

Procédé et dispositif de préparation d'un mélange carbure dans un moteur quatre temps à allumage commandé. Download PDF

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Abstract

- La présente invention concerne un procédé et un dispositif de préparation d'un mélange carburé pour moteurs à quatre temps et à allumage commandé comprenant au moins deux conduits d'admission (1, 2) distincts par cylindre. Le dispositif selon l'invention comprend un moyen apte à délivrer de façon commutable un jet de carburant dans un seul ou simultanément dans les deux conduits d'admission, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.

Description

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne et plus particulièrement les moteurs à quatre temps à allumage commandé ayant deux soupapes d'admission et deux conduits d'admission séparés par cylindre.
L'injection est de type multipoint c'est-à-dire qu'il est prévu au moins un injecteur de carburant par cylindre.
D'une façon générale, I'invention a trait à la préparation du mélange carburé dans le type de moteurs décrits ci-dessus.
On connait des moteurs tels que décrits ci-dessus dans lesquels un système de distribution variable permet de fermer partiellement l'une des deux soupapes d'admission lors d'un fonctionnement en mélange pauvre. L'injection est alors effectuée simultanément sur les deux conduits d'admission.
I1 est aussi connu, par le brevet US 5 167 211, de prévoir un papillon dans l'un des deux conduits d'admission. Ce papillon, situé en amont de l'injecteur de carburant, est fermé en fonctionnement en mélange pauvre. L'injection est réalisée simultanément dans les deux conduits d'admission. Un passage prévu au niveau de l'injecteur qui est placé à cheval sur les deux conduits d'admission, permet la pulvérisation du carburant dans le conduit fermé par le papillon.
Par ailleurs, il a été enseigné, dans les documents JP-61083481 et EP 433 908, un système d'admission comprenant deux groupes de conduits d'admission reliés à deux plenums différents: un groupe pour lequel une injection classique est réalisée dans chacun des conduits ; un autre groupe pour lequel une injection commune est réalisée pour tous les cylindres (injection de type monopoint).
Cet état de la technique ne permet qu'une modulation relativement faible de l'injection, car en fait soit le système d'injection ne permet pas un contrôle individuel de chacun des deux conduits, soit il ne permet pas une alimentation en carburant différente pour chacun des cylindres, ce qui pose un important problème au niveau de la répartition des richesses suivant les cylindres.
A noter également que l'injection de type monopoint (un seul point d'injection pour l'ensemble des cylindres) ne donne pas satisfaction en régime transitoire à cause d'une réponse trop lente et pas adaptée.
Dès lors, un problème existe notamment en fonctionnement en mélange pauvre pour lequel l'art antérieur n'est pas particulièrement bien adapté, l'homogénéisation et la pulvérisation n'étant alors pas de bonne qualité. Or il est bien connu que de la qualité du mélange carburé dépendent les rejets à l'échappement, et en particulier les niveau d'oxydes d'azote émis par le moteur.
Par ailleurs, avec des moteurs comprenant deux conduits d'admission par cylindre, il est préférable d'assurer à la fois (et alternativement) une injection dans les deux conduits pendant les pleines charges, mais aussi une injection dans un seul conduit lors d'un fonctionnement à faible charge. Bien entendu la qualité du mélange doit être aussi bonne dans toutes les plages de fonctionnement, ce qui peut sembler incompatible.
Des problèmes liés à la qualité du mélange peuvent se poser - à forte charge si l'on n'injecte qu'à travers le conduit ouvert à
faible charge; - à faible charge si la qualité de la pulvérisation est mauvaise
dans le conduit partiellement ouvert (cas d'une injection dans
les deux conduits).
La présente invention permet de résoudre notamment les problèmes évoqués ci-avant.
De façon générale, la présente invention permet d'assurer alternativement soit une injection simultanée dans les deux conduits d'admission à pleine charge, soit une injection dans un seul conduit à plus faibles charges et/ou en mélange pauvre.
Une amélioration consiste en outre à pouvoir ajuster la section de passage de chaque jet afin d'obtenir une quantité de carburant proportionnelle au débit d'air dans le conduit correspondant ; cette caractéristique est particulièrement intéressante en fonctionnement à pleine charge comme il va être expliqué plus loin.
Sans sortir du cadre de la présente invention, la quantité de carburant injecté peut être ajustée par une combinaison entre la section de passage du jet et la durée d'injection.
Une caractéristique intéressante de l'invention consiste donc à dissymétriser à volonté les écoulements dans les deux conduits d'admission.
Ces caractéristiques et avantages sont atteints selon la présente invention par un dispositif d'injection d'un mélange carburé pour moteurs à quatre temps et à allumage commandé comprenant au moins deux conduits d'admission distincts par cylindre.
Conformément à la présente invention, ce dispositif comprend un moyen apte à délivrer de façon commutable un jet de carburant dans un seul ou simultanément dans les deux conduits d'admission, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
En outre le dispositif d'injection peut comprendre un moyen de contrôle de la section de passage, disposé dans l'un au moins desdits conduits d'admission.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'injection commutable comprend un chapeau adaptable sur la tête du dispositif d'injection, muni d'un premier type de fente et d'un second type de fente, le premier type de fente coïncidant avec un orifice d'injection autorisant ainsi le passage de carburant vers l'un des conduits d'admission, le second type de fente ne coïncidant qu'à certains moments avec un autre orifice d'injection vers l'autre conduit d'admission.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen d'injection commutable comprend au moins un pointeau apte à obturer l'un des orifices d'injection.
Avantageusement, l'un au moins desdits conduits d'admission peut comprendre un injecteur de type "manteau d'air".
La présente invention vise en outre un procédé de préparation d'un mélange carburé susceptible d'être mis en oeuvre par le dispositif tel que revendiqué.
Conformément à l'invention, I'injection et la préparation du mélange sont réalisées alternativement dans l'un et/ou dans les deux conduits en fonction des conditions de fonctionnement du moteur grâce à un moyen apte à délivrer de façon commutable un jet de carburant dans un seul ou simultanément dans au moins deux conduits d'admission.
De façon particulière, à faible charge et/ou en mélange pauvre, l'injection de carburant a lieu uniquement dans un seul conduit, de l'air étant utilisé pour pulvériser le carburant.
Par ailleurs à charge moyenne, le moyen d'injection injecte uniquement dans un seul conduit d'admission tandis que des gaz recyclés de l'échappement (EGR) ou de l'air traversent simultanément l'autre conduit d'admission.
Enfin à pleine charge le moyen d'injection injecte simultanément dans les deux conduits.
Sans sortir du cadre de l'invention, le procédé permet de différencier la quantité de carburant injecté dans chaque conduit en fonction du débit d'air traversant ledit conduit.
Par réduction de la section de passage disponible pour le carburant, dans le cas de l'injection dans un seul conduit, le dispositif permet en outre d'augmenter la durée de l'injection par rapport à une injection classique, ce qui a un effet positif sur le comportement en mélange pauvre soupape ouverte, comme il sera expliqué plus en détail ci-après.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1A représente par une coupe transversale simplifiée
l'injection selon l'invention, dans un premier mode de
fonctionnement; - la figure 1B représente par une coupe transversale simplifiée le
dispositif d'injection selon l'invention, dans un deuxième mode
de fonctionnement; - la figure 1C schématise en coupe transversale l'injection selon
un troisième mode de fonctionnement; - la figure 2A représente en coupe longitudinale un moyen
d'injection commutable dans une position de fonctionnement; - la figure 2B représente en coupe longitudinale un moyen
d'injection commutable dans une autre position de
fonctionnement; et - la figure 3 montre des courbes de stabilité de PMI en fonction
de la richesse mesurée à l'échappement.
Les figures 1A, 1B et 1C illustrent en fait le principe de fonctionnement de l'invention.
Sur ces figures, on peut voir chacun des conduits d'admission 1, 2 débouchant par un orifice d'admission 3, 4 dans la chambre de combustion 5.
De façon connue, un élément d'obturation sélective (non référencé) telle une soupape ou un boisseau est disposé au niveau de chacun des orifices d'admission 3, 4.
Un élément d'injection de carburant 6 est placé à cheval sur les deux conduits d'admission.
De l'air ou tout autre fluide approprié s'écoule dans chacun des conduits 1, 2, en direction de la chambre de combustion 5.
Préférentiellement un élément de vannage 7 est placé dans l'un au moins des conduits 1, 2, afin d'y réguler le débit.
Sur la figure 1A, L'élément d'injection 6 présente un jet 8 entièrement dirigé dans l'un des conduits d'admission 2, vers la lumière d'admission correspondante 4. L'élément de vannage 7 obture alors complètement l'autre conduit d'admission 1 de sorte qu'aucun écoulement ne se produit alors dans ce conduit 1.
Le mélange carburé est ainsi préparé uniquement dans l'un des conduits 2. Cette configuration est avantageusement adoptée lors des fonctionnements en mélange pauvre c'est-à-dire opérant avec peu de carburant. On réalise ainsi une faible section de passage pour le jet de carburant, ce qui permet d'avoir un moindre débit statique et une durée d'injection plus longue.
Avantageusement, la présente invention peut comprendre des moyens destinés à augmenter la durée d'injection, cet allongement étant combiné avec une injection soupape ouverte.
Il est possible d'associer cette configuration à une injection de type manteau d'air. Ce type d'injection connu en soi est en effet bien adapté car il permet une meilleure pulvérisation du carburant, et donc une injection soupape ouverte.
La figure 1B schématise le fonctionnement à charge moyenne, avec une injection dans un seul conduit (ici le conduit 1) aidée par de l'air. L'autre conduit (2) est alors préférentiellement alimenté par des gaz recyclés depuis l'échappement (EGR) ou de l'air ce qui permet de réaliser une stratification dans la chambre de combustion 5.
La figure 1 C schématise un mode de fonctionnement selon lequel l'injection de carburant est réalisée simultanément dans chacun des deux conduits d'admission 1, 2 ; L'élément de vannage 7 n'obture pas le conduit 1 dans lequel il est placé mais laisse au contraire largement libre sa section de passage.
Cette configuration sera choisie en fonctionnement à pleine charge car ainsi la section de passage totale à la fois pour le carburant et pour l'air sera maximale.
A noter que l'invention permet en outre de régler la section de passage de chaque jet, de façon indépendante. Autrement dit, il est possible selon l'invention de différencier la quantité de carburant injecté dans chaque conduit d'admission. Ceci permet d'injecter au niveau de chaque conduit d'admission une quantité de carburant globalement proportionnelle au débit d'air, réalisant ainsi une parfaite symétrie au niveau de la richesse entre les conduits.
Les particularités énoncées ci-dessus, utilisées seules ou combinées entre elles, tendent toutes à améliorer le contrôle du mélange carburé ce qui permet de diminuer les émissions d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures.
Les figures 2A et 2B présentent un mode de réalisation d'un moyen d'injection commutable qui s'adapte sur la tête 10 d'un injecteur classique.
La tête d'injection 10 comprend deux orifices d'injection 11, 12 donc les axes ne sont pas parallèles mais forment un angle a entre eux dont la bissectrice est l'axe de symétrie xx' de la tête d'injection.
Le moyen d'injection commutable est ici constitué d'un chapeau 14 qui s'emboîte sur la tête 10 de l'injecteur. Le chapeau 14 est muni d'au moins une fente allongée 15 et d'une ouverture circulaire 16, et il est libre en rotation autour de l'axe de symétrie xx'.
Ainsi à certains moments du cycle de fonctionnement, correspondant à ceux de la figure 1A ou de la figure 1B, le chapeau 14 sera positionné comme représenté sur la figure 2B c'est-à-dire que seule la fente 15 coïncidera avec l'un des orifices d'injection 12. Un unique jet sera ainsi créé.
Pour d'autres conditions de fonctionnement, le chapeau 14 sera positionné comme illustré sur la figure 2A, avec coïncidence entre la lumière d'admission 15 et l'un des orifices de la tête d'injection 12 mais aussi entre l'ouverture 16 et l'autre orifice d'injection 11.
Ainsi deux jets distincts sont générés : I'un dans l'un des conduits, l'autre dans l'autre conduit.
En fait, deux ensembles de jets peuvent être formés, chacun dirigé spécifiquement dans l'un des conduits. Tout moyen de commande connu en soi peut être utilisé pour changer la position du chapeau 14.
De même tout autre moyen apte à délivrer de façon commutable un ou plusieurs jets de carburant peut être envisagé par l'homme de métier sans sortir du cadre de la présente invention.
L'amélioration apportée par une augmentation de la durée de l'injection lors d'un fonctionnement en mélange pauvre est illustrée par la figure 3. Celle-ci représente des courbes de stabilité de pression moyenne indiquée (P en YG) en fonction de la richesse mesurée à l'échappement (R).
La courbe (1) montre une injection de durée standard, la courbe (2) une injection de durée 50% supérieure à la durée standard, avec le même phasage injection en milieu d'ouverture soupape.
La comparaison de ces deux courbes fait apparaître une nette amélioration de la stabilité de PMI, permettant d'atteindre des mélanges plus pauvres et donc d'obtenir des niveaux d'émissions et de consommation moins élevés.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1) Dispositif de préparation d'un mélange carburé pour moteurs à quatre temps et à allumage commandé comprenant au moins deux conduits d'admission (1, 2) distincts par cylindre, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (14) apte à délivrer de façon commutable un jet de carburant dans un seul ou simultanément dans les deux conduits d'admission, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
2) Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (7) de contrôle de la section de passage, disposé dans l'un au moins desdits conduits d'admission.
3) Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'injection commutable comprend un chapeau (14) adaptable sur la tête (10) du dispositif d'injection, muni d'un premier type de fente (15) et d'un second type de fente (16), le premier type de fente (15) coïncidant avec un orifice d'injection (12) de la tête (10) autorisant le passage de carburant uniquement dans l'un des conduits d'admission, le second type de fente (16) permettant le passage de carburant simultanément au premier, dans l'autre conduit d'admission.
4) Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'injection commutable comprend au moins un pointeau apte à obturer l'un des orifices d'injection.
5) Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un au moins desdits conduits d'admission comprend un injecteur de type "manteau d'air".
6) Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il permet d'augmenter la durée d'injection dans l'un au moins des conduits d'admission, dans certaines conditions de fonctionnement du moteur.
7) Procédé de préparation d'un mélange carburé pour moteurs à quatre temps et à allumage commandé consistant à préparer et à injecter ledit mélange dans l'un au moins des conduits d'admission (1, 2), caractérisé en ce que l'injection et la préparation du mélange sont réalisées alternativement dans l'un et/ou dans les deux conduits (1, 2) en fonction des conditions de fonctionnement du moteur grâce à un moyen (14) apte à délivrer de façon commutable un jet de carburant (8) dans un seul ou simultanément dans au moins deux conduits d'admission (1, 2).
8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, à faible charge et/ou en mélange pauvre, l'injection de carburant a lieu uniquement dans un seul conduit (2), de l'air étant utilisé pour pulvériser le carburant.
9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à augmenter la durée de l'injection.
10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que, à charge moyenne, le moyen (14) injecte uniquement dans un seul conduit d'admission et en ce que des gaz recyclés de l'échappement (EGR) traversent simultanément l'autre conduit d'admission.
11) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que, à pleine charge le moyen (14) injecte simultanément dans les deux conduits (1, 2), de l'air pouvant permettre par ailleurs d'aider à la pulvérisation du carburant dans chaque conduit.
12) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il permet de différencier la quantité de carburant injecté dans chaque conduit et de l'adapter, en fonction du débit d'air traversant le conduit.
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