FR2867235A1 - Fuel and air intake device for e.g. external injection engine, has secondary air intake duct opening into air intake duct, and oriented to direct air jet in direction of fuel spray, where air jet flow is adjusted by solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Description
2867235 12867235 1
DISPOSITIF D'ADMISSION EN CARBURANT ET EN AIR D'UN FUEL AND AIR INTAKE DEVICE OF A
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION INDIRECTE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH INDIRECT INJECTION
L'invention concerne un dispositif d'admission en carburant et en air d'un moteur à combustion interne à injection indirecte de carburant, et son utilisation pour faire varier la trajectoire du jet de carburant. L'invention s'applique notamment à des moteurs suralimentés ou non. The invention relates to a device for admitting fuel and air to an internal combustion engine with indirect fuel injection, and its use to vary the trajectory of the fuel jet. The invention applies in particular to supercharged engines or not.
Les dispositifs d'admission en carburant et en air d'un cylindre de moteur à combustion interne, comprennent un conduit principal d'admission d'air qui débouche sur un orifice d'admission de la chambre de combustion du cylindre, une soupape obturant cet orifice d'admission. Dans les moteurs à injection indirecte, un injecteur de carburant débouche dans le conduit d'admission d'air, en amont de la chambre de combustion d'un cylindre, de manière à diriger un jet de carburant vers l'orifice d'admission. Le mélange air/carburant a alors lieu dans le conduit d'admission. The fuel and air intake devices of an internal combustion engine cylinder, comprise a main intake air duct which opens on an intake port of the combustion chamber of the cylinder, a valve closing this intake port. In engines with indirect injection, a fuel injector opens into the air intake duct, upstream of the combustion chamber of a cylinder, so as to direct a jet of fuel to the intake port. The air / fuel mixture then takes place in the intake duct.
Diverses études ont montré l'influence du ciblage du jet de carburant sur l'initiation de la combustion et la combustion elle-même, notamment en terme de pollution. Various studies have shown the influence of fuel jet targeting on the initiation of combustion and combustion itself, especially in terms of pollution.
Ainsi, actuellement deux ciblages principaux sont utilisés. Le premier est un ciblage dans lequel le jet de carburant est dirigé vers la partie médiane de la soupape, c'est-à-dire vers l'axe de la soupape. Le deuxième ciblage consiste à diriger le jet de carburant vers la partie inférieure de la soupape. Thus, currently two main targeting are used. The first is a targeting in which the fuel jet is directed towards the middle part of the valve, i.e. towards the axis of the valve. The second targeting is to direct the fuel jet to the lower part of the valve.
En comparaison avec le deuxième ciblage, le premier ciblage favorise la combustion du mélange à chaud avec des émissions d'hydrocarbures imbrûlés réduites à chaud. Toutefois, ce ciblage conduit à des émissions d'hydrocarbures plus élevées à froid que le deuxième ciblage. In comparison with the second targeting, the first targeting favors the combustion of the hot mix with unburned hydrocarbon emissions reduced to hot. However, this targeting leads to higher hydrocarbon emissions when cold than the second targeting.
Avec le deuxième ciblage, vers le bas, le carburant est dirigé vers le bas de la chambre de combustion. La quantité de carburant entrant en contact avec la voûte de la chambre de combustion est alors plus faible, ce qui permet de réduire la production d'hydrocarbures imbrûlés. Ce ciblage présente toutefois l'inconvénient d'augmenter le mouillage du conduit d'admission par le carburant, ce qui rend la quantité de carburant réellement introduite dans la chambre de combustion plus difficile à maîtriser, notamment dans les régimes transitoires. With the second targeting down, the fuel is directed down the combustion chamber. The amount of fuel coming into contact with the vault of the combustion chamber is then lower, which reduces the production of unburned hydrocarbons. This targeting, however, has the disadvantage of increasing the wetting of the intake duct by the fuel, which makes the amount of fuel actually introduced into the combustion chamber more difficult to control, especially in transient conditions.
2867235 2 Ces deux ciblages sont obtenus en orientant l'injecteur dans la direction souhaitée lors de la fabrication du moteur. Il n'est donc pas possible de faire varier l'orientation du jet de carburant au cours du fonctionnement du moteur. These two targets are obtained by orienting the injector in the desired direction during the manufacture of the engine. It is therefore not possible to vary the orientation of the fuel jet during engine operation.
Par ailleurs, afin de réduire les émissions polluantes, il est également avantageux de favoriser des mouvements de type "tumble" (tourbillons d'air d'axe perpendiculaire à l'axe du piston du cylindre généré par le fort moment d'inertie d'un jet d'air) ou de type "swirl" (tourbillons d'axe parallèle à l'axe du piston). Le document US-5 533 483 décrit un dispositif d'admission comportant un conduit d'admission d'air principal et un conduit secondaire monté en dérivation sur le conduit principal. Un clapet de régulation du débit est disposé dans chacun des conduits. La commande de l'un ou des deux clapets en fonction du régime du moteur permet de favoriser les mouvements de type "tumble" ou "swirl". Toutefois, ce document ne décrit ni l'injection de carburant, ni des moyens pour faire varier le ciblage d'un jet de carburant. Moreover, in order to reduce the polluting emissions, it is also advantageous to favor tumble-type motions (air vortices with an axis perpendicular to the cylinder piston axis generated by the high moment of inertia of the cylinder). an air jet) or of "swirl" type (vortices of axis parallel to the axis of the piston). US-5,533,483 discloses an intake device having a main air intake duct and a secondary duct branched to the main duct. A flow control valve is disposed in each of the ducts. Controlling one or both valves according to the engine speed makes it possible to favor tumble or swirl movements. However, this document does not describe the fuel injection or the means for varying the targeting of a fuel jet.
L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif d'admission d'air et de carburant permettant de faire varier de manière simple la trajectoire du jet de carburant lors du fonctionnement du moteur. En variante, le dispositif d'admission permet à la fois une variation du ciblage du jet de carburant et la génération de mouvements favorisant la combustion (mouvements de type "tumble", "swirl" ou autres). The invention aims to overcome these disadvantages by providing an air intake device and fuel for simply changing the path of the fuel jet during operation of the engine. In a variant, the intake device allows both a variation of the targeting of the fuel jet and the generation of movements favoring combustion ("tumble", "swirl" or other types of movement).
A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif d'admission en carburant et en air d'un cylindre de moteur à combustion interne, comprenant un conduit principal d'admission d'air communiquant avec la chambre de combustion du cylindre par l'intermédiaire d'un orifice d'admission, une soupape obturant cet orifice, un injecteur de carburant débouchant dans le conduit d'admission de manière à diriger un jet de carburant vers l'orifice d'admission, et au moins un conduit secondaire d'admission de gaz débouchant dans le conduit principal, caractérisé en ce qu'au moins un conduit secondaire, situé à proximité de l'injecteur de carburant, est pourvu d'un organe de régulation du débit de gaz et est orienté de manière à diriger un jet de gaz en direction du jet de carburant. La déviation du jet de carburant est ainsi obtenue d'une manière simple et 2867235 3 sûre en augmentant ou diminuant le débit du jet de gaz provenant du conduit secondaire. For this purpose, the object of the invention relates to a device for admitting fuel and air to an internal combustion engine cylinder, comprising a main air intake duct communicating with the combustion chamber of the cylinder. via an intake port, a valve closing this port, a fuel injector opening into the intake duct so as to direct a jet of fuel towards the intake port, and at least one duct secondary gas inlet opening into the main duct, characterized in that at least one secondary duct, located near the fuel injector, is provided with a gas flow control member and is oriented in a manner to direct a jet of gas towards the jet of fuel. The deviation of the fuel jet is thus obtained in a simple and safe manner by increasing or decreasing the flow rate of the gas jet from the secondary conduit.
Avantageusement, le dispositif comprend un dispositif de commande pour commander l'organe de régulation, l'ouverture de la soupape et l'injecteur de carburant en fonction du régime moteur. Un ciblage optimal adapté au régime du moteur peut alors être obtenu, favorisant ainsi la combustion et réduisant les émissions polluantes. Advantageously, the device comprises a control device for controlling the regulating member, the opening of the valve and the fuel injector according to the engine speed. Optimal targeting adapted to the engine speed can then be obtained, favoring combustion and reducing polluting emissions.
L'invention concerne également l'utilisation d'un dispositif d'admission d'air décrit précédemment pour faire varier la trajectoire du jet de carburant d'un injecteur de carburant dans un moteur à combustion interne à injection indirecte. The invention also relates to the use of an air intake device described above for varying the trajectory of the fuel jet of a fuel injector in an indirect injection internal combustion engine.
Avantageusement, l'invention concerne l'utilisation d'un dispositif d'admission d'air pour faire varier la trajectoire du jet de carburant d'un injecteur de carburant et pour générer des mouvements d'air favorisant la combustion dans un moteur à combustion interne à injection indirecte. Advantageously, the invention relates to the use of an air intake device to vary the trajectory of the fuel jet of a fuel injector and to generate air movements favoring combustion in a combustion engine internal injection.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en coupe du dispositif d'admission selon l'invention, la soupape étant légèrement ouverte; - la figure 2 est un agrandissement de la figure 1 représentant schématiquement le jet de carburant, la soupape étant fermée. The invention is now described with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic sectional representation of the intake device according to the invention, the valve being slightly open; - Figure 2 is an enlargement of Figure 1 showing schematically the fuel jet, the valve being closed.
Un des cylindres 1 d'un moteur à combustion interne est représenté partiellement sur la figure 1. La chambre de combustion 2 de ce cylindre communique par l'intermédiaire d'un orifice d'admission 3 avec un conduit principal d'admission d'air 4, par lequel l'air est amené (suivant la direction de la flèche sur la figure 1). L'alimentation en air de ce conduit est réalisée de manière classique. Une soupape d'admission 5 formée d'un clapet 5a et d'un axe 5b obture l'orifice d'admission 3. L'ouverture et la fermeture de la soupape 5 sont commandées par un organe de commande 6 d'une manière connue en soi. One of the cylinders 1 of an internal combustion engine is partially shown in FIG. 1. The combustion chamber 2 of this cylinder communicates via an intake orifice 3 with a main air intake duct. 4, through which the air is brought (in the direction of the arrow in Figure 1). The air supply of this conduit is carried out in a conventional manner. An intake valve 5 formed of a valve 5a and 5b axis closes the inlet port 3. The opening and closing of the valve 5 are controlled by a control member 6 in a known manner in itself.
Le carburant est amené dans le conduit d'admission principal 4 par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant 7 qui débouche dans le conduit d'admission afin d'envoyer un jet de carburant 8 en direction de 2867235 4 l'orifice d'admission 3 (figure 2). L'injecteur 7 est relié de manière connue au réservoir de carburant du véhicule (non représenté). The fuel is fed into the main intake duct 4 via a fuel injector 7 which opens into the intake duct in order to send a jet of fuel 8 towards the orifice of the fuel. admission 3 (Figure 2). The injector 7 is connected in known manner to the fuel tank of the vehicle (not shown).
Un conduit secondaire d'admission d'air 9 débouche dans le conduit d'admission principal 4 au niveau de la partie supérieure de celui-ci. Il présente de préférence une section plus faible que le conduit principal. Ce conduit secondaire 9 est orienté de manière à envoyer un jet d'air 10 en direction du jet de carburant 8. Le jet d'air expulsé par le conduit secondaire va alors entrer en contact avec le jet de carburant et provoquer une déviation de la trajectoire de ce dernier. A cet effet, le conduit secondaire débouche, de préférence, entre l'injecteur 7 et l'orifice d'admission 3. Dans l'exemple, le conduit secondaire d'air 9 est dirigé sensiblement dans la direction de la partie inférieure de la soupape, c'est-à-dire vers le clapet 5a, de sorte qu'il aura tendance à faire dévier le jet de carburant 8 en direction de la partie inférieure de la soupape. A secondary air intake duct 9 opens into the main intake duct 4 at the upper part thereof. It preferably has a smaller section than the main conduit. This secondary duct 9 is oriented so as to send an air jet 10 towards the fuel jet 8. The jet of air expelled by the secondary duct will then come into contact with the fuel jet and cause a deflection of the fuel jet. trajectory of the latter. For this purpose, the secondary duct opens preferably between the injector 7 and the inlet orifice 3. In the example, the secondary air duct 9 is directed substantially in the direction of the lower part of the valve, that is to say towards the valve 5a, so that it will tend to deflect the jet of fuel 8 towards the lower part of the valve.
Le débit de ce jet d'air 10 est régulé par un organe de régulation 11, tel que par exemple une électrovanne. Il peut également s'agir d'un clapet ou similaire. L'organe de régulation 11 du conduit secondaire peut être placé plus ou moins proche de l'orifice de communication entre le conduit secondaire et le conduit principal en fonction des besoins et de la place disponible. The flow rate of this air jet 10 is regulated by a regulator 11, such as for example a solenoid valve. It can also be a valve or the like. The regulator 11 of the secondary duct may be placed more or less close to the communication orifice between the secondary duct and the main duct depending on the needs and the space available.
L'organe de commande 6 de la soupape, l'organe de régulation 11 et l'injecteur de carburant 7 (quantité et/ou débit de carburant) sont commandés par un dispositif de commande 12 en fonction du régime moteur. The control member 6 of the valve, the regulating member 11 and the fuel injector 7 (quantity and / or fuel flow) are controlled by a control device 12 as a function of the engine speed.
Le fonctionnement du mode de réalisation représenté est maintenant décrit. The operation of the illustrated embodiment is now described.
Dans cet exemple, l'injecteur de carburant 7 est monté de manière à diriger le jet de carburant 8 vers la partie médiane de la soupape, c'està-dire vers son axe 5b. Ce ciblage du jet de carburant correspond ainsi à un ciblage par défaut imposé par la position de l'injecteur 7, quand le conduit secondaire 9 est fermé par l'organe de régulation 11. Le cône du jet de carburant 8 alors obtenu est représenté en trait plein sur la figure 2. In this example, the fuel injector 7 is mounted so as to direct the fuel jet 8 towards the central part of the valve, that is to say towards its axis 5b. This targeting of the fuel jet thus corresponds to a default targeting imposed by the position of the injector 7, when the secondary duct 9 is closed by the regulator 11. The cone of the fuel jet 8 then obtained is represented in FIG. solid line in Figure 2.
Lorsque le conduit secondaire 9 est ouvert, au moyen de l'organe de régulation 11, le jet d'air 10 qu'il expulse entre en contact avec le jet de carburant 8, et dévie sa trajectoire en direction de la partie inférieure 2867235 5 du conduit principal. Sur la figure 2, le cône du jet de carburant dévié 8' est représenté en pointillés. When the secondary duct 9 is open, by means of the regulator 11, the air jet 10 that it expels comes into contact with the fuel jet 8, and deviates its trajectory towards the lower part 2867235 5 of the main duct. In Figure 2, the cone of the deflected fuel jet 8 'is shown in dotted lines.
En commandant le débit du jet d'air 10 au moyen du dispositif de commande 12 par l'intermédiaire de l'électrovanne 11, il est ainsi possible de faire varier progressivement la trajectoire du jet de carburant 8 entre la trajectoire par défaut et une autre trajectoire prédéterminée. By controlling the flow rate of the air jet 10 by means of the control device 12 via the solenoid valve 11, it is thus possible to progressively vary the trajectory of the fuel jet 8 between the default trajectory and another predetermined trajectory.
Le conduit secondaire 9 peut être un simple conduit de dérivation du conduit principal 4, alimenté en air par ce dernier. Il peut alors être avantageux de prévoir un moyen de chauffage (non représenté) pour réchauffer l'air amené par le conduit secondaire 9 afin d'améliorer la vaporisation du carburant à froid et de favoriser la combustion. Il peut s'agir d'un réchauffeur électrique ou d'un échangeur air/eau ou encore d'un échangeur air/ EGR (gaz d'échappement de recirculation). The secondary duct 9 may be a simple bypass duct main duct 4, supplied with air by the latter. It may then be advantageous to provide a heating means (not shown) for heating the air supplied by the secondary duct 9 in order to improve the vaporization of the cold fuel and to promote combustion. It can be an electric heater or an air / water heat exchanger or an air / EGR (recirculating exhaust gas) heat exchanger.
Dans une autre variante, le conduit secondaire 9 peut être relié à l'échappement du moteur afin d'amener des gaz d'échappement de recirculation (EGR) dans le conduit principal d'admission 4. Le conduit secondaire 9 peut être conçu pour être alimenté en totalité ou au moins en partie par les gaz EGR. La chaleur de ces gaz permet alors également une amélioration de la vaporisation du carburant à froid tout en bénéficiant de la dilution de l'air par les EGR, également favorable en terme de réduction de la pollution. In another variant, the secondary duct 9 can be connected to the engine exhaust in order to bring recirculation exhaust gas (EGR) into the main inlet duct 4. The secondary duct 9 can be designed to be supplied in whole or at least in part by the EGR gases. The heat of these gases also makes it possible to improve the vaporization of the cold fuel while benefiting from the dilution of the air by the EGR, also favorable in terms of reducing pollution.
Dans un autre mode de réalisation non représenté, le conduit secondaire 9 est de préférence orienté de manière à diriger un jet d'air vers la partie supérieure du conduit principal, tout en étant toujours orienté de manière à diriger un jet d'air vers le jet de carburant. Sa position est alors plus proche d'une tangente au conduit principal 4. Un mouvement de type "tumble" est alors généré par le fort moment d'inertie du jet d'air, et favorise la réduction des émissions d'hydrocarbures. Ce mouvement de type "tumble" sera par ailleurs favorisé par un jet d'air étroit, qui peut être obtenu avec une forme adéquate de l'orifice de communication entre le conduit secondaire 9 et le conduit principal 4, voire en utilisant une buse. Le dispositif selon l'invention peut alors être utilisé à la fois pour faire varier le ciblage du jet de carburant et pour générer des mouvements de type "tumble". In another embodiment not shown, the secondary duct 9 is preferably oriented so as to direct an air jet towards the upper part of the main duct, while still being oriented so as to direct an air jet towards the fuel jet. Its position is then closer to a tangent to the main duct 4. A "tumble" type movement is then generated by the high moment of inertia of the air jet, and promotes the reduction of hydrocarbon emissions. This "tumble" type movement will also be favored by a narrow air jet, which can be obtained with an adequate form of the communication orifice between the secondary duct 9 and the main duct 4, or even by using a nozzle. The device according to the invention can then be used both to vary the targeting of the fuel jet and to generate "tumble" type motions.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés dans lesquels le nombre et la position des conduits 2867235 6 secondaires peuvent varier en fonction des variations de trajectoire souhaitées et des effets recherchés. On peut par exemple envisager un ou plusieurs conduits secondaires destinés à faire varier la trajectoire du jet de carburant, et un ou plusieurs autres conduits destinés à favoriser les mouvements de type "tumble" ou d'autres mouvements favorables à la combustion, tels que par exemple les mouvements de type "swirl". Of course, other embodiments may be envisaged in which the number and position of the secondary ducts may vary depending on the desired path variations and desired effects. For example, it is possible to envisage one or more secondary ducts intended to vary the trajectory of the fuel jet, and one or more other ducts intended to favor tumble-type motions or other movements favorable to combustion, such as by example the movements of the type "swirl".
On comprendra que la position et les dimensions du ou des conduits secondaires seront choisies en fonction de la position de l'injecteur, la position de l'orifice d'admission et la forme générale du conduit d'admission 4, et éventuellement des cylindres, pour obtenir une variation optimale du ciblage du jet de carburant et, éventuellement la génération de mouvements d'air particuliers. It will be understood that the position and the dimensions of the secondary duct or ducts will be chosen as a function of the position of the injector, the position of the intake orifice and the general shape of the intake duct 4, and possibly cylinders, to obtain an optimal variation of the targeting of the fuel jet and possibly the generation of particular air movements.
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