FR2921439A3 - Moteur a jets d'injection multiples - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un moteur (1) à combustion interne et allumage par compression comprenant une culasse à plusieurs conduits d'admission et/ou d'échappement débouchant à l'endroit de la face feu (5) de cette culasse dans au moins un cylindre de ce moteur. Chaque conduit présente un siège de soupape et chaque cylindre reçoit, depuis au moins un injecteur (9) pénétrant dans ce cylindre, une injection de carburant suivant plusieurs jets provenant de plusieurs orifices d'injection. L'invention concerne les dimensionnements d'angle (alphal) de diffusion des jets et de distance minimale (d) entre la soupape, alors dans un état fermé, et la limite la plus proche du cône de jet (alphac) considéré. Les moteurs Diesel à injection directe sont particulièrement concernés.

Description

L'invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne et allumage par compression. Ces moteurs comprennent typiquement une culasse à plusieurs conduits d'admission et/ou d'échappement débouchant, à l'endroit de la face _eu de cette culasse, dans au moins un cylindre du moteur. Chaque conduit d'admission et/ou d'échappement présente une cavité contenant un siège de soupape. Chaque cylindre reçoit, depuis au moins un injecteur pénétrant dans ce cylindre, une injection de carburant suivant plusieurs jets sensiblement coniques, individuellement d'angle ac et d'axe de jet A, provenant de plusieurs orifices d'injection (Dj). Afin de répondre à la sévérité croissante des normes de dépollution, le nombre de trous des injecteurs Diesel tend à augmenter (de 5 trous en norme Euro3 dans la plupart des cas, on en trouve aujourd'hui 6 en Euro4 et on tend vers 7 voire 8 pour la norme Euro5). Cette augmentation du nombre de trous d'injection dans les injecteurs permet en effet une meilleure pulvérisation du carburant ainsi qu'une meilleure répartition de celui-ci dans la chambre. Il en résulte ainsi à une meilleure qualité du mélange air-carburant. Cette multiplication du nombre de trous a naturellement pour corollaire d'augmenter la probabilité que surviennent des interactions entre les jets de carburant et certaines zones au niveau ou dans l'environnement de la face feu culasse. Or, ces zones sont à risque en terme de tenue 30 mécanique. Les sièges de soupape appartiennent typiquement à cette catégorie de zone à risque . En effet, selon la taille et , - c-; ti r-nrÿ nme nt û e soupapes, le positionnement de l'injecteur (des injecteurs) dans la chambre de combustion du cylindre considéré et selon le positionnement des jets, il est possible que les zones réactives de combustion interagissent fortement avec certains au moins des sièges de soupape, conduisant ainsi à un risque d'usure prématurée dommageable pour le moteur. Pour s'affranchir de ce risque d'usure prématurée des sièges de soupape, une solution peut être de songer à utiliser un matériau plus résistant.

Un tel choix s'accompagne alors d'un effet coût d'autant plus important que le matériau retenu est résistant. Ceci est un inconvénient. Un objectif de la présente invention est d'apporter une solution à ce risque d'usure, sans obliger à recourir à cette solution d'emploi d'un matériau mécaniquement. et thermiquement plus résistant que celui habituellement employé. Cette solution consiste à imposer des contraintes de positionnement pour les jets, dans la chambre de combustion, de manière à diminuer, voire éliminer, ce risque d'usure des sièges de soupape , et cela tout en conservant favorablement un matériau classique pour la fabricaticn de ces sièges.

En particulier si le matériau est conservé, alors l'impact coût sera au moins notablement réduit et on limitera également la diversité des pièces à détenir en stock. Il est ainsi proposé : - a) que l'angle al, respectivement a2, entre la projection P sur la face feu de la culasse de l'axe (A) d'un desdits jets provenant d'un desdits orifices d'injection (Dj) et une première, respectivement deuxième, tangente (T1,T2) à une limite de la soupape la plus proche dudit jet, cette limite passant par le point I, projection sur la face feu de cette culasse de la position dudit orifice d'injection à partir duquel le jet est projeté clans le cylindre soit supérieur au demi-angle de cône ac du jet, augmenté d'un angle de sécurité de quelques degrés supérieur à 2°, et/ou, - b) que la distance minimale (d) entre ladite soupape, alors dans un état fermé, et la limite dudit cône de jet ac d'axe de cône (A) soit supérieure à 1,2mm.

Des informations plus détaillées suivent, en référence à des dessins annexés qui montrent une réalisation conforme aux aspects innovants ici développés. Dans ces illustrations : - la figure 1 est une vue de dessus d'une partie de culasse montrant sa face feu, - la figure 2 est une coupe dans un plan normal à cette face feu et passant par le point I précité et l'axe A du jet considéré ici, et, - la figure 3 est une vue locale en perspective montrant le jet et sa position par rapport à la soupape, ici d'admission, la plus proche de ce jet. On notera que les contraintes de positionnement définies ici sont directement influencées par différentes caractéristiques (enfoncement de l'injecteur dans la chambre, angle de nappe de la buse, espacement angulaire entre les jets,...) qui influent également sur d'autres prestations moteurs (performances, dépollution, prestation démarrage à froid,...).

Il s'agit donc ici d'une solution de compromis. On notera ensuite que l'invention s'applique en particulier aux moteurs Diesel à injection directe. Figs. 1 , 2 , on voit schématiquement un moteur 1 à culasse 3 présentant une face feu 5 communiquant avec un cylindre 7. Dans ce cylindre débouche un ou plusieurs injecteurs, tel l'injecteur 9 qui pénètre d'une profondeur dl prédéterminée, adaptée pour atteindre, selon les considérations actuelles reconnues, les objectifs précités de performances, dépollution, prestation démarrage à froid,... attendus. Plusieurs orifices, en particulier l'orifice 19, d'injection de carburant ou d'un prémélange traversent le/chaque injecteur, tel celui repéré 9.

La profondeur de pénétration de l'injecteur dans le cylindre dl est déterminée par exemple par des essais itératifs de valeurs de profondeur dl sur des bancs d'essais moteur à pleine charge et en charges partielles puis en retenant la valeur optimale en terme de rapport performance/pollution. Les jets diffusés dans la chambre de combustion de chaque cylindre sont globalement coniques, comme schématisé. Du côté de la face feu 5 débouchent également au 20 moins un conduit d'admission lia et un conduit d'échappement lib, fig.2. Ces conduits présentent chacun une cavité terminale contenant un siège de soupape, respectivement 110a, 110b; y sont montées des soupapes : voir fig.3 les 25 soupapes respectivement (noté resp. > ci- après) d'admission 13a et d'échappement 13b. Dans leur état fermé, ces soupapes n'affleurent pas nécessairement la face feu 5. Favorablement, la caractéristique importante qui 30 suit s'appliquera sur la/une soupape d'admission. Fig.l, on constate en effet que : a) l'angle al (resp. a2) entre la projection P, sur la face feu 5 de la culasse 3 de l'axe A du jet de carburant 15 sortant de l'orifice 19 et la première (resp. deuxième) tangente Tl (resp. T2) à la frontière 130 de la soupape 13a passant par le point I, projection sur la face feu 5 du point de départ du jet 15, devra être supérieur au demi-angle de cône ac du jet augmenté d'un angle de sécurité de quelques degrés, supérieur à 2°. L'angle de cône du jet considéré sera de préférence l'angle maximum mesuré sur l'ensemble du champ ou domaine pression d'injection - contre-pression dans la chambre de combustion rencontré en phase de fonctionnement du moteur considéré. En complément ou en alternative, on prévoit que : b) la distance minimale d2 entre la soupape considérée, ici 13a, alors dans un état fermé, et la limite 150 -la plus proche de cette soupape- dudit cône ac du jet 15, d'axe de cône A, est supérieure à 1, 2mm, comme schématisé fig.2. Ainsi, on protégera en particulier la périphérie 130a de la soupape concernée. De préférence, les caractéristiques a) et b) sont 20 respectées ensemble. On conseille donc en outre que l'angle de cône ac du dit jet scit l'angle de cône de jet maximum rencontré lors du fonctionnement du moteur. Cet angle ac sera défini pour un point de fonctionnement donné du moteur, à 25 charge et régime établis. Favorablement, l'angle de sécurité précité sera compris entre 3° et 10°, 5° paraissant une valeur appropriée, au vu des essais. Par ailleurs, il est considéré comme préférable 30 que les caractéristiques a) et b) précitées soient respectées ensemble, pour chacun desdits jets de carburant ou de mélange dans un même cylindre. Il est également jugé préférable que la distance minimale d2 précitée entre la soupape, précisément la tête de cette soupape, et en particulier sa périphérie 130a, alors dans son état fermé, vers laquelle le jet considéré est dirigé, et la limite 150 dudit cône de jet ac d'axe de cône (A) soit supérieure ou égale à 1,5mm.

Avantageusement, chaque cylindre recevra, depuis au moins ledit/chaque injecteur qui y pénètre, entre 4 et 12 jets d'injection de carburant ou de mélange. Encore plus favorablement, chaque cylindre recevra de cette façon plus de 5 jets d'injection de carburant. 2 à 5 soupapes par cylindre pourront être prévues. L'angle ac au sommet de chaque cône d'injection ici concerné sera typiquement comprs entre 10° et 35°, favorablement entre 15° et 25° Avec ce qui précède, on apportera une réponse 15 intéressante à la problématique d'usure des sièges de soupape rencontrée. On évitera ainsi une trop grande proximité entre les zones réactives de combustion et au moins certains sièges de soupape.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Moteur (1) à combustion interne et allumage par compression comprenant une culasse à plusieurs conduits (l1a,llb) d'admission et/ou d'échappement débouchant à l'endroit de la face feu (5) de cette culasse (3) dans au moins un cylindre (7) de ce moteur, chaque conduit d'admission et/ou d'échappement présentant une cavité contenant un siège de soupape et chaque cylindre recevant, depuis au moins un injecteur (9) pénétrant dans ce cylindre, une injection de carburant suivant plusieurs jets sensiblement coniques, individuellement d'angle ac et d'axe de jet A, provenant de plusieurs orifices d'injection (Dj), caractérisé en ce que, pour certains au moins desdits jets et des soupapes (13a,13b): - a) l'angle al, respectivement a2, entre la projection P sur la face feu de la culasse de l'axe (A) d'un des dits jets provenant d'un des dits orifices d'injection (Dj) et une première, respectivement deuxième, tangente (T1,T2) à une limite de la soupape (13a,13b) la plus proche du dit jet, cette limite passant par le point I, projection sur la face feu de cette culasse de la position du dit orifice d'injection à partir duquel le jet est projeté dans le cylindre est supérieur au demi-angle de cône ac du jet, augmenté d'un angle de sécurité de quelques degrés supérieur à 2°, et/ou, - b) la distance minimale (d) entre ladite soupape, alors dans un état fermé, et la limite la plus proche dudit cône de jet ac d'axe de cône (A) est supérieure à 1,2mm.

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caractéristiques a) et h) sont respectées ensemble. 5 10

3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce dudit jet est l'angle de cône de lors du fonctionnement du moteur.

4. Moteur selon l'une précédentes, caractérisé en ce que est compris entre 3° et 10°.

5. Moteur selon l'une précédentes, caractérisé en ce que a) et b) sont respectées ensemble jets dans un même cylindre.

6. Moteur selon l'une précédentes, caractérisé en ce que est une soupape d'admission (13a). que l'angle de cône ac jet maximum rencontré des revendications l'angle de sécurité des revendications les caractéristiques pour chacun des dits des revendications la soupape considérée

7. Moteur selon précédentes, caractérisé minimale (d) entre ladite des revendications que ladite distance soupape (13a, 13b), alors dans l'une en ce 15 20 un état fermé, et la limite du dit cône de jet ac d'axe de cône (A) est supérieure ou égale à 1,5mm.

8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cylindre reçoit, depuis au moins ledit/chaque injecteur (9) qui y pénètre, entre 4 et 12 jets d'injection de carburant.

9. Moteur selon l'une des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que chaque cylindre reçoit, depuis au moins ledit/chaque injecteur (9) qui y pénètre, plus de 5 jets d'injection de carburant.

10. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur 30 Diesel à injection directe.