FR2927955A3 - Culasse comportant un dispositif de refroidissement par injection d'eau et moteur a combustion interne comportant une telle culasse. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un moteur (10) à combustion interne et une culasse (18) pour moteur (10), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de refroidissement (26) par injection d'eau dans une chambre de combustion (14) comportant des moyens de pompage (28) qui comporte une chambre (30) pourvue d'un orifice d'entrée (32) relié à un circuit d'alimentation (34) et un orifice de sortie (36) relié à au moins un injecteur d'eau (38), ladite chambre (30) comportant un piston (40) commandé en déplacement par un actionneur (42) pour provoquer, lors d'une phase d'injection, le déplacement du piston (40) depuis une première position de remplissage vers une deuxième position d'injection afin de transférer par l'orifice de sortie (36) l'eau vers l'injecteur (38) et pour provoquer, inversement lors d'une phase de remplissage, le déplacement du piston (40) depuis la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage, afin de remplir automatiquement d'eau la chambre (30) par l'orifice d'entrée (32).

Description

Culasse comportant un dispositif de refroidissement par injection d'eau et moteur à combustion interne comportant une telle culasse L'invention concerne une culasse comportant un dispositif de refroidissement par injection d'eau et un moteur à combustion interne comportant une telle culasse. Un tel moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comporte au moins un cylindre et une chambre de combustion associée, la chambre de combustion io étant respectivement délimitée radialement par une paroi interne du cylindre et délimitée axialement, dans sa partie supérieure, par une face inférieure d'une culasse du moteur et, dans sa partie inférieure, par une face supérieure d'un piston qui coulisse alternativement dans le cylindre, ledit moteur comportant au 15 moins un injecteur de carburant apte à injecter du carburant dans la chambre de combustion et un dispositif de refroidissement par injection d'eau apte à injecter de l'eau dans la chambre de combustion. On connaît déjà dans l'état de la technique des dispositifs 20 de refroidissement destinés à injecter de l'eau dans la chambre de combustion afin de limiter la température de combustion, en particulier pour permettre de réduire la production d'oxyde d'azote (NOx) qui est l'un des principaux polluants émis par un tel moteur à combustion interne. 25 En effet, la quantité d'oxyde d'azote émise par le moteur varie selon les conditions de fonctionnement et elle est particulièrement élevée lorsque, d'une part, la température dans les chambres de combustion du moteur atteint des valeurs élevées et que, d'autre part, le mélange air-carburant présente 30 une richesse plutôt faible. L'utilisation d'un dispositif de refroidissement de la chambre de combustion par injection d'eau constitue donc l'une 2 des solutions explorées pour réduire la quantité d'oxyde d'azote émise par le moteur. Le fonctionnement d'un tel dispositif de refroidissement est basé sur l'exploitation du principe physique selon lequel le changement d'état de l'eau s'accompagne d'une absorption d'énergie. Ainsi, l'eau introduite à l'état liquide dans la chambre de combustion par le dispositif va s'y vaporiser en raison des températures élevées atteintes lors de la combustion. Ce io changement d'état physique (vaporisation) de l'eau s'accompagne, lorsque l'eau passe de l'état liquide à l'état gazeux, d'une diminution de la température en raison de l'énergie absorbée au cours de cette transformation. La vapeur d'eau présente est ensuite évacuée hors de la 15 chambre de combustion avec les gaz d'échappement produits lors de la combustion du mélange air-carburant. La mise en oeuvre de tels dispositifs de refroidissement par injection d'eau requiert généralement des moyens qui sont complexes, coûteux et difficilement industrialisables. 20 Le document JP-7150966 propose par exemple un injecteur dit bi-fluide en raison de ce qu'il est susceptible d'injecter dans la chambre de combustion d'une part du carburant et, d'autre part, de l'eau destinée à refroidir la chambre et à permettre une réduction de la quantité d'oxyde d'azote produite 25 lors de la combustion. Un tel injecteur bi-fluide est particulièrement complexe et coûteux tant à fabriquer qu'à mettre en oeuvre sur un moteur de sorte qu'une telle solution n'est pas satisfaisante. L'invention a donc notamment pour but de résoudre ces 30 problèmes et de proposer pour solution un dispositif de refroidissement par injection d'eau qui soit apte à réduire de manière significative les émissions d'oxyde d'azote tout en étant 3 avantageusement simple, compact et peu coûteux, tant du point de vue de son fonctionnement que de sa fabrication. Dans ce but, l'invention propose une culasse pour moteur à combustion interne, caractérisée en ce que la culasse comporte un dispositif de refroidissement par injection d'eau apte à injecter de l'eau dans une chambre de combustion, le dispositif de refroidissement comportant au moins des moyens de pompage comportant une chambre à volume variable pourvue d'au moins un orifice d'entrée apte à être relié à un circuit d'alimentation et un io orifice de sortie apte à être relié à au moins un injecteur d'eau, ladite chambre comportant un piston apte à être commandé en déplacement par un actionneur pour provoquer, lors d'une phase d'injection, le déplacement du piston depuis une première position, dite de remplissage, vers une deuxième position, dite 15 d'injection, afin de transférer par l'orifice de sortie l'eau contenue dans la chambre vers l'injecteur d'eau et pour provoquer, inversement lors d'une phase de remplissage, le déplacement du piston depuis la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage, afin de remplir automatiquement d'eau la 20 chambre par l'orifice d'entrée. Avantageusement, un tel dispositif de refroidissement est particulièrement simple et fiable, notamment en raison de son fonctionnement automatique des moyens de pompage actionnés par came et de l'injecteur, la commande du refroidissement 25 s'opérant par la seule régulation du débit d'eau pénétrant dans la chambre à volume variable. Avantageusement, l'entraînement de la came de l'actionneur des moyens de pompage par l'arbre à cames du moteur permet de phaser la pulvérisation de l'eau par rapport au 30 cycle de combustion du moteur pour introduire l'eau dans la chambre de combustion à un moment déterminé de manière à obtenir un refroidissement optimal. 4 Selon d'autres caractéristiques de la culasse selon l'invention : - les moyens de pompage du dispositif de refroidissement sont, lors de la phase d'injection, aptes à transférer l'eau avec une pression déterminée qui est propre à provoquer automatiquement l'ouverture de moyens d'obturation de l'injecteur d'eau pour pulvériser de l'eau dans la chambre de combustion du moteur ; - le dispositif de refroidissement comporte des moyens de io régulation, tels qu'une vanne, qui sont aptes à être commandés sélectivement en ouverture pour réguler le débit d'eau lors de la phase de remplissage de manière à contrôler le volume d'eau introduit dans la chambre ; - le dispositif de refroidissement comporte des moyens 15 d'obturation qui, associés à l'orifice d'entrée de la chambre, sont montés mobile entre une position d'ouverture dans laquelle ils autorisent la circulation d'eau depuis le circuit d'alimentation vers la chambre et une position de fermeture dans laquelle les moyens interdisent toute circulation d'eau entre le circuit et la chambre ; 20 - les moyens de blocage sont constitués par un clapet comportant un organe d'obstruction de l'orifice d'entrée de la chambre, tel qu'une bille, qui est rappelé élastiquement vers la position de fermeture par un organe de rappel, tel qu'un ressort, et dont l'ouverture est commandée automatiquement par un effort 25 d'aspiration qui, sollicitant l'organe d'obstruction à l'encontre de l'organe de rappel, est provoqué par le déplacement du piston depuis la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage ; - les moyens de blocage sont constitués par les moyens de 30 régulation du dispositif de refroidissement de la chambre de combustion par injection d'eau ; - la culasse comporte un injecteur d'eau agencé de manière à pulvériser l'eau directement à l'intérieur de la chambre de combustion du moteur. L'invention propose encore un moteur à combustion 5 interne, notamment pour véhicule automobile, comportant une culasse du type décrit précédemment et comportant au moins un cylindre et une chambre de combustion associée, la chambre de combustion étant respectivement délimitée radialement par une paroi interne du cylindre et délimitée axialement, dans sa partie io supérieure, par une face inférieure d'une culasse du moteur et, dans sa partie inférieure, par une face supérieure d'un piston qui coulisse alternativement dans le cylindre, ledit moteur comportant au moins un injecteur de carburant apte à injecter du carburant dans la chambre de combustion et un dispositif de refroidissement 15 par injection d'eau apte à injecter de l'eau dans la chambre de combustion. Selon d'autres caractéristiques du moteur à combustion interne selon l'invention : - le circuit d'alimentation du dispositif de refroidissement 20 comporte des moyens de stockage d'eau, tels qu'un réservoir, qui sont, au moins en partie, alimentés automatiquement par un système de condensation apte à condenser tout ou partie des vapeurs d'eau de refroidissement contenues dans des gaz d'échappement produits par le moteur ; 25 - les moyens de stockage d'eau du dispositif de refroidissement sont aptes à être alimentés, au moins en partie, par des condensas produits par un circuit de climatisation, notamment un circuit principal de climatisation équipant le véhicule comportant le moteur à combustion interne ; 30 - les moyens de stockage d'eau du dispositif de refroidissement sont aptes à être refroidi par un circuit de climatisation, de préférence par un circuit principal de climatisation du véhicule équipé dudit moteur à combustion 6 interne, de manière à contrôler la température de l'eau injectée dans la chambre de combustion en vue de son refroidissement ; - l'actionneur agissant sur le piston des moyens de pompage du dispositif de refroidissement comporte une came qui est apte à déplacer le piston vers sa position d'injection, la came de l'actionneur étant de préférence solidaire en rotation d'un arbre à cames équipant le moteur ; - le moteur comportant un nombre n de cylindres supérieur ou égal à deux, la came comporte n portions de commande du io déplacement du piston associées respectivement à chacune des chambres de combustion des n cylindres du moteur et le dispositif de refroidissement par injection d'eau comporte des moyens de répartition qui, interposés entre la chambre à volume variable des moyens de pompage et chaque injecteur, sont aptes à répartir 15 sélectivement l'eau, depuis la chambre à volume variable jusqu'à chaque injecteur respectivement associé à une des chambres de combustion. ; - le piston des moyens de pompage du dispositif de refroidissement est rappelé élastiquement vers la première 20 position de remplissage par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés 25 dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale qui représente un cylindre d'un moteur à combustion comportant un dispositif de refroidissement par injection d'eau selon un exemple de réalisation de l'invention et qui illustre le piston dans la 30 première position de remplissage correspondant, par rapport au cycle, à l'état du dispositif après une phase de remplissage et avant une phase d'injection de l'eau ; 7 - la figure 2 est une vue schématique analogue à la figure 1 qui illustre le piston dans la deuxième position d'injection correspondant, par rapport au cycle, à l'état du dispositif après la phase d'injection de l'eau et avant une nouvelle phase de remplissage à l'issue de laquelle le dispositif se trouve de nouveau dans l'état représenté à la figure 1, apte à procéder à une nouvelle phase d'injection. Pour faciliter la compréhension de la description et des revendications, on utilisera à titre arbitraire et non limitatif les io termes supérieur et inférieur , ou encore les orientations verticale , longitudinale , transversale , en référence au trièdre (L, V, T) indiqué sur les figures. On a représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, une partie d'un moteur 10 à combustion interne, notamment pour 15 véhicule automobile, qui est par exemple un moteur du type à injection directe. Le moteur 10 comporte au moins un cylindre 12 et une chambre de combustion 14 associée plus particulièrement représentés sur les figures. 20 La chambre de combustion 14 est délimitée axialement, dans sa partie supérieure, par une face inférieure 16 d'une culasse 18 du moteur 10 et, dans sa partie inférieure, par une face supérieure 20 d'un piston 22 qui coulisse alternativement dans le cylindre 12 d'axe vertical X-X. 25 Le moteur 10 comporte un dispositif d'injection de carburant constitué par au moins un injecteur de carburant 24 qui est destiné à injecter sélectivement du carburant, ici directement, dans la chambre de combustion 14. Avantageusement, le moteur 10 comporte encore un 30 dispositif de refroidissement 26 par injection d'eau qui est destiné à injecter de l'eau dans la chambre de combustion 14 de manière à refroidir ladite chambre 14 pour réduire la quantité d'oxyde 8 d'azote générée lors de la combustion du mélange en diminuant la température à l'intérieur de la chambre 14. Le dispositif de refroidissement 26 par injection d'eau dans la chambre de combustion 14 selon l'invention comporte au moins des moyens de pompage 28 comportant une chambre 30 à volume variable qui est pourvue d'au moins un orifice d'entrée 32 relié à un circuit d'alimentation 34 et un orifice de sortie 36 relié à des moyens d'injection d'eau constitués par au moins un injecteur d'eau 38. io La chambre 30 des moyens de pompage 28 comporte un piston 40 apte à être commandé en déplacement par un actionneur 42 pour provoquer alternativement le déplacement du piston 40 depuis une première position extrême, dite de remplissage, vers une deuxième position extrême, dite d'injection, 15 lesdites positions du piston 40 étant respectivement illustrée à la figure 1 et à la figure 2. Le fonctionnement du dispositif de refroidissement 26 se déroule selon un cycle déterminé qui comporte principalement deux phases successives, respectivement une phase, dite de 20 remplissage, au cours de laquelle la chambre 30 des moyens de pompage 28 est remplie d'eau puis une phase, dite d'injection, au cours de laquelle l'eau contenue dans la chambre 30 est évacuée en vue d'être pulvérisée dans la chambre de combustion 14. Ainsi, lors de la phase d'injection, le piston 40 des moyens 25 de pompage 28 se déplace axialement dans la chambre 30 à volume variable depuis la première position de remplissage vers la deuxième position d'injection afin de transférer, par l'orifice de sortie 36, l'eau contenue dans la chambre 30 vers l'injecteur d'eau 38. 30 En effet, lorsque le piston 40 se trouve dans la première position de remplissage (figure 1), la chambre 30 présente alors un volume qui est maximal et qui va progressivement décroître 9 jusqu'à atteindre un volume minimal qui correspond à la position d'injection (figure 2) du piston 40. La course du piston 40 depuis la position de remplissage représentée à la figure 1 jusqu'à la position d'injection représentée à la figure 2 provoque ainsi la mise sous pression de l'eau contenue dans la chambre 30 à volume variable et son évacuation vers l'injecteur 38. Inversement, lors de la phase de remplissage qui succède à la phase d'injection, le piston 40 se déplace depuis la deuxième io position d'injection représentée à la figure 2 vers la première position de remplissage représentée à la figure 1 afin de procéder de nouveau au remplissage de la chambre 30 par admission d'un volume d'eau déterminé, laquelle est destinée à être pulvérisée lors du cycle d'injection suivant. 15 Avantageusement, l'admission d'eau de la chambre 30 lors de la phase de remplissage s'effectue automatiquement par aspiration de l'eau à travers l'orifice d'entrée 32 de la chambre 30 qui est relié au circuit d'alimentation 34. Avantageusement, la chambre à volume variable 30 du 20 dispositif de refroidissement 26 est réalisée dans la culasse 18 du moteur 10. En variante, les moyens de pompage 28 sont réalisés et agencés en dehors du moteur 10 et forment un sous ensemble distinct et autonome, la chambre 30 à volume variable étant reliée 25 par un conduit audit au moins un injecteur d'eau 38 logé dans la culasse 18 de manière à injecter l'eau dans la chambre de combustion 14. De préférence, le dispositif de refroidissement 26 comporte un injecteur d'eau 38 qui est distinct de l'injecteur 24 assurant 30 l'injection du carburant dans la chambre de combustion 14. Avantageusement, les moyens de pompage 28 du dispositif de refroidissement 26 sont, lors de la phase d'injection, aptes à transférer l'eau vers l'injecteur 38 avec une pression déterminée. i0 De préférence, l'injecteur d'eau 38 comporte des moyens d'obturation 44, tel qu'une aiguille, qui sont montés mobiles entre une position ouverte dans laquelle l'eau est susceptible d'être injectée ou pulvérisée dans la chambre 14 et une position fermée dans laquelle l'eau ne peut être injectée. Avantageusement, les moyens d'obturation 44 de l'injecteur d'eau 38 sont commandés en déplacement entre les positions ouverte et fermée directement par la pression de l'eau qui est apte à provoquer automatiquement l'ouverture des moyens io d'obturation 44 de l'injecteur d'eau 38. Comme illustré sur la figure 2, l'eau mise sous pression dans la chambre 30 par le piston 40 est transférée par l'orifice de sortie 36 qui est relié à l'injecteur d'eau 38 par un conduit de liaison 46, ledit conduit 46 débouchant dans une chambre de 15 commande 48 que comporte l'injecteur 38. L'eau est par conséquent transvasée progressivement jusqu'à remplir la chambre de commande 48 de l'injecteur 38 dans laquelle la pression va ensuite croître jusqu'à atteindre une pression, dite de seuil, qui provoque le déplacement des moyens 20 d'obturation 44 pour ouvrir l'injecteur 38. En effet, les moyens d'obturation 44 de l'injecteur 38 comporte à une extrémité supérieure 50 conformée en flotteur munie d'une surface inférieure tronconique 52 sur laquelle l'eau contenue dans la chambre de commande 48 exerce une pression 25 déterminée. L'injecteur d'eau 38 comporte un organe élastique 54 qui sollicite l'extrémité supérieure des moyens d'obturation 44 vers la position fermée représentée à la figure 1. Le déplacement des moyens d'obturation 44 en vue de 30 l'ouverture est donc obtenu lorsque la pression de l'eau contenue dans la chambre de commande 48 de l'injecteur 38 atteint ladite valeur de pression de seuil à partir de laquelle, les efforts exercés par l'eau sur la surface 52 des moyens d'obturation 44 étant 2927955 Il supérieurs aux efforts de sens opposé exercés par l'organe élastique 54, les moyens d'obturation 44 se déplacent axialement à l'encontre de l'organe élastique 54 vers ladite position ouverte en réalisant alors automatiquement la pulvérisation de l'eau dans 5 la chambre de combustion 14 du moteur. Pour chaque application, la valeur de la pression de seuil de l'eau nécessaire pour commander automatiquement l'ouverture des moyens d'obturation 44 est donc notamment déterminée en fonction de l'organe élastique 54 et réciproquement. io Avantageusement, la commande des moyens d'obturation 44 de l'injecteur 38 par des moyens mécaniques tel que le ressort 54 est particulièrement simple, fiable et peu coûteuse. La pulvérisation de l'eau dans la chambre de combustion 14 va provoquer une diminution de la pression dans la chambre 15 de commande 48 qui va progressivement décroître jusqu'à atteindre une valeur inférieure à la valeur de la pression de seuil de manière que l'organe élastique 54 provoque alors inversement la fermeture automatique de l'injecteur 38 en rappelant les moyens d'obturation 44 vers leur position fermée illustrée à la 20 figure 1. En variante, l'ouverture et la fermeture des moyens d'obturation 44 de l'injecteur d'eau 38 sont commandés par des moyens d'actionnement indépendants permettant par exemple de faire varier la valeur de la pression de seuil en fonctionnement ou 25 encore en fonction du moteur 10 équipé. Avantageusement, la culasse 18 du moteur 10 porte l'injecteur d'eau 38 mais comporte également tout ou partie des moyens de pompage 28 du dispositif de refroidissement 26. De préférence, l'injecteur d'eau 38 est agencé de manière 30 à pulvériser l'eau directement à l'intérieur de la chambre de combustion 14 du moteur 10. En variante, l'injecteur d'eau 38 est agencé de manière à pulvériser l'eau dans au moins un conduit d'admission (non 12 représenté) qui débouche dans la face inférieure 16 de la culasse 18 et communique sélectivement avec la chambre de combustion 14 selon la position d'une soupape d'admission associée. Le circuit d'alimentation 34 du dispositif de refroidissement 26 comporte des moyens de stockage 56, tels qu'un réservoir, de pour stocker l'eau destinée à alimenter la chambre 30 et l'injecteur 38 du dispositif de refroidissement 26. Avantageusement, le dispositif de refroidissement 26 comporte des moyens de régulation 58, tels qu'une vanne, qui sont aptes à être commandés sélectivement en ouverture pour réguler le débit d'eau lors de la phase de remplissage de manière à contrôler le volume d'eau introduit dans la chambre 30. Avantageusement, le dispositif de refroidissement 26 comporte des moyens de blocage 60 qui, associés à l'orifice d'entrée 32 de la chambre 30, sont montés mobile entre une position d'ouverture dans laquelle ils autorisent la circulation d'eau depuis le circuit d'alimentation 34 vers la chambre 30 et une position de fermeture dans laquelle les moyens 60 interdisent toute circulation d'eau entre le circuit 34 et la chambre 30 de manière à isoler la chambre 30. De préférence, les moyens de blocage 60 sont constitués par un clapet comportant un organe d'obstruction 62 de l'orifice d'entrée 32 de la chambre 30, tel qu'une bille, qui est rappelé élastiquement vers la position de fermeture par un organe de rappel 64, tel qu'un ressort. Avantageusement, l'ouverture des moyens de blocage 60 est commandée automatiquement par un effort d'aspiration qui sollicite l'organe d'obstruction 62 à l'encontre de l'organe de rappel 64, ledit effort d'aspiration étant provoqué par dépression du fait du déplacement du piston 40 depuis la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage. De préférence, le circuit d'alimentation 34 du dispositif de refroidissement 26 comporte au moins un conduit d'alimentation 13 66 reliant le réservoir 56 de stockage d'eau à l'orifice d'entrée 32 de la chambre 30 à volume variable. Les moyens de régulation 58 constitués par la vanne pilotée sont ici agencés dans le conduit d'alimentation 66, entre le réservoir 56 et la chambre 30 à volume variable. Selon une variante non représentée, les moyens de blocage 60 sont constitués par les moyens de régulation 58 du dispositif de refroidissement 26 par injection d'eau qui assurent dès lors une double fonction de fermeture de la chambre 30 par rapport au circuit d'alimentation 34 et de contrôle du volume d'eau admis dans la chambre 30 lors de la phase de remplissage. On décrira maintenant la phase de remplissage qui, suivant le cycle précité des moyens de pompage 28, va après avoir précédée la phase d'injection, lui succéder afin de permettre le remplissage en eau de la chambre 30 à volume variable. Comme expliqué précédemment, le piston 40 des moyens de pompage 28 est mû par un actionneur 42 entre la première position de remplissage et la deuxième position d'injection, la course de descente de la première vers la deuxième s'effectuant lors de la phase d'injection et la course opposée de retour depuis la deuxième vers la première position s'effectuant lors de la phase de remplissage. Selon une réalisation préférée de l'invention, l'actionneur 42 agissant sur le piston 40 des moyens de pompage 28 du dispositif de refroidissement 26 comporte une came 68 qui est apte à déplacer au moins le piston 40 vers la deuxième position d'injection. Avantageusement, la came 68 coopère avec une extrémité supérieure du piston 40 et comporte un chemin de came pourvu d'une portion de commande 70 destinée à provoquer le déplacement du piston 40 depuis la position de remplissage (figure 1) jusqu'à la position d'injection (figure 2) lors de la phase d'injection décrite précédemment. 14 Le piston 40 des moyens de pompage 28 du dispositif de refroidissement 26 est avantageusement rappelé élastiquement vers la première position de remplissage par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique 72.

L'organe de rappel 72, ici un ressort, sollicite axialement le piston 40 vers la position de remplissage avec un effort donné qui d'une part assiste le retour du piston 40 lors de la phase de remplissage et, d'autre part, assure le contact permanent entre la came 68 et l'extrémité supérieure du piston 40.

Lors de la phase d'injection, la came 68 est entraînée en rotation autour d'un axe A de manière que la portion de commande 70 coopère avec l'extrémité supérieure du piston 40 et provoque son déplacement vers la position d'injection. Inversement, lors de la phase de remplissage, la came 68 entraînée en rotation va amener l'extrémité supérieure du piston 40 à coopérer avec une autre portion 74 de chemin de came qui, complémentaire de la portion de commande 70, autorise le déplacement du piston 40 vers la première position de remplissage suivant une course de sens opposé et sous l'effet de l'effort de rappel exercé par l'organe 72. La course du piston 40 de la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage provoque dans la chambre 30 à volume variable une dépression qui provoque un effort d'aspiration propre à commander automatiquement l'ouverture des moyens de blocage 60 à clapet et à permettre ainsi le remplissage en eau de la chambre 30 en rétablissant la communication entre ladite chambre 30 et le circuit d'alimentation 34, plus particulièrement le conduit 66 et le réservoir 56. Dans le dispositif de refroidissement 26 selon l'invention, la vanne de régulation 58 est pilotée de manière à contrôler le débit d'eau dans le conduit d'alimentation 66 et ainsi contrôler le volume d'eau admis dans la chambre 30 lors de la phase de remplissage. 15 Avantageusement, la vanne de régulation 58 est donc commandée en ouverture en fonction de la quantité d'eau que l'on souhaite pulvériser pour refroidir la chambre de combustion 14. Dans l'exemple de réalisation, le moment où l'eau est pulvérisée par l'injecteur 38 dans la chambre de combustion 14 est déterminée par la came 68 de l'actionneur 72 et plus précisément par les portions 70 et 74 du chemin de came qui commandent les déplacements du piston 40 entre les positions de remplissage et d'injection, respectivement lors des phases d'injection et de remplissage. Avantageusement, la came 68 de l'actionneur 72 des moyens de pompage 28 est solidaire en rotation d'un arbre à cames équipant le moteur 10. Conventionnellement, l'arbre à cames du moteur est destiné à commander l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement associées à la chambre de combustion 14 du moteur 10. Avantageusement, les portions 70 et 74 de la came 68 sont conformées de manière que la phase de remplissage de la chambre 30 du dispositif de refroidissement 26 s'effectue alors que le piston 22 coulisse axialement vers le bas ou son PMB, soit la phase de détente / échappement, et que la phase d'injection d'eau dans la chambre 30 s'effectue lorsque, inversement, le piston 22 coulisse vers le haut ou son PMH, soit la phase de compression. De préférence, la pulvérisation de l'eau est réalisée dans la chambre de combustion 14, juste avant que le piston 22 n'atteigne la position correspondant au PMH, lorsque la température est la plus élevée de manière à vaporiser totalement l'eau pulvérisée et à obtenir un refroidissement maximal. Avantageusement, les moyens de stockage 56 d'eau, tels que le réservoir, du circuit d'alimentation 34 du dispositif de refroidissement 26 sont, au moins en partie, alimentés 16 automatiquement par un système de condensation (non représenté) apte à condenser tout ou partie des vapeurs d'eau de refroidissement contenues dans des gaz d'échappement produits par le moteur 10.

Grâce à un tel système de condensation, on réalimente automatiquement en eau le réservoir 56 du dispositif de refroidissement 26 en limitant à tout le moins la fréquence des interventions externes destinées à remplir le réservoir d'eau 56. De préférence, le réservoir 56 est muni de moyens de contrôle du niveau d'eau, tel qu'un capteur de pression, propres à détecter automatiquement la quantité d'eau présente dans le réservoir et à alerter le conducteur du véhicule, notamment par un signal sonore et/ou visuel. Avantageusement, les moyens de stockage d'eau 56 du dispositif de refroidissement 26 sont encore aptes à être alimentés, au moins en partie, par des condensas produits par un circuit de climatisation (non représenté), notamment un circuit principal de climatisation équipant le véhicule comportant ledit moteur 10 à combustion interne.

De préférence, les moyens de stockage 56 sont aptes à être refroidi par des moyens tels qu'un circuit de climatisation de manière à contrôler la température de l'eau injectée dans la chambre de combustion 14 en vue de son refroidissement. Le refroidissement obtenu grâce au dispositif de refroidissement 26 selon l'invention est d'autant plus important que la différence de température entre la température de l'eau et celle de la chambre de combustion 14 est grande. Avantageusement, le circuit de climatisation associé aux moyens de stockage d'eau 56 du dispositif de refroidissement 26 est constitué par un circuit principal de climatisation (non représenté) du véhicule équipé dudit moteur à combustion interne 10. 17 L'agencement de l'injecteur 38 est fonction des applications et de type de moteur 10, l'injecteur d'eau 38 est par exemple ici décentré tandis que l'injecteur de carburant 24 est centré sur l'axe X-X du cylindre 12.

De préférence, l'injecteur 38 comporte une extrémité inférieure qui, munie d'une ou plusieurs d'ouvertures, est apte à permettre la pulvérisation de l'eau en de fines gouttelettes de manière à favoriser une vaporisation rapide de l'eau et à obtenir un refroidissement efficace. io Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Ainsi, lorsque le moteur 10 comporte un nombre "n" de cylindres supérieur ou égal à deux, la came 68 est susceptible de comporter "n" portions de commande 70, 74 du déplacement du 15 piston 40 qui sont respectivement associées à chacune des chambres de combustion 14 des "n" cylindres 12 du moteur 10. Avantageusement, le dispositif de refroidissement 26 par injection d'eau comporte alors des moyens de répartition (non représentés) qui, interposés entre la chambre 30 à volume 20 variable des moyens de pompage 28 et les injecteurs d'eau 38, sont aptes à répartir sélectivement l'eau vers chaque injecteur 38 respectivement associé à l'une des chambres de combustion 14. De préférence, les moyens de pompage 28 décrits précédemment sont alors susceptibles, avec une unique chambre 25 30 associée à un piston 40, d'alimenter en eau une pluralité d'injecteur 38. Selon une variante non représentée, l'actionneur 42 commandant les moyens de pompage 28 est constitué par un actionneur de type électrique, hydraulique ou pneumatique.

30 Un tel actionneur 42 comporte par exemple une tige de commande apte à solliciter le piston 40 pour en provoquer alternativement le déplacement entre ses première et deuxième positions extrêmes lors des phases de remplissage et d'injection.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Culasse (18) pour moteur (10) à combustion interne, caractérisée en ce que la culasse (18) comporte un dispositif de refroidissement (26) par injection d'eau apte à injecter de l'eau dans une chambre de combustion (14), le dispositif de refroidissement (26) comportant au moins des moyens de pompage (28) comportant une chambre (30) à volume variable pourvue d'au moins un orifice d'entrée (32) apte à être relié à un circuit d'alimentation (34) et un orifice de sortie (36) apte à être lo relié à au moins un injecteur d'eau (38), ladite chambre (30) comportant un piston (40) apte à être commandé en déplacement par un actionneur (42) pour provoquer, lors d'une phase d'injection, le déplacement du piston (40) depuis une première position, dite de remplissage, vers une deuxième position, dite 15 d'injection, afin de transférer par l'orifice de sortie (36) l'eau contenue dans la chambre (30) vers l'injecteur d'eau (38) et pour provoquer, inversement lors d'une phase de remplissage, le déplacement du piston (40) depuis la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage, afin de 20 remplir automatiquement d'eau la chambre (30) par l'orifice d'entrée (32).

2. Culasse (18) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de pompage (28) du dispositif de refroidissement (26) sont, lors de la phase d'injection, aptes à 25 transférer l'eau avec une pression déterminée qui est propre à provoquer automatiquement l'ouverture de moyens d'obturation (44) de l'injecteur d'eau (38) pour pulvériser de l'eau dans la chambre de combustion (14) du moteur (10).

3. Culasse (18) selon l'une des revendications 1 ou 2, 30 caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement (26) comporte des moyens de régulation (58), tels qu'une vanne, qui sont aptes à être commandés sélectivement en ouverture pourréguler le débit d'eau lors de la phase de remplissage de manière à contrôler le volume d'eau introduit dans la chambre (30).

4. Culasse (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement (26) comporte des moyens de blocage (60) qui, associés à l'orifice d'entrée (32) de la chambre (30), sont montés mobile entre une position d'ouverture dans laquelle ils autorisent la circulation d'eau depuis le circuit d'alimentation (34) vers la chambre (30) et une position de fermeture dans laquelle les moyens (60) interdisent toute circulation d'eau entre le circuit (34) et la chambre (30).

5. Culasse (18) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de blocage (60) sont constitués par un clapet comportant un organe d'obstruction (62) de l'orifice d'entrée (32) de la chambre (30), tel qu'une bille, qui est rappelé élastiquement vers la position de fermeture par un organe de rappel (64), tel qu'un ressort, et dont l'ouverture est commandée automatiquement par un effort d'aspiration qui, sollicitant l'organe d'obstruction (62) à l'encontre de l'organe de rappel (64), est provoqué par le déplacement du piston (40) depuis la deuxième position d'injection vers la première position de remplissage.

6. Culasse (18) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de blocage (60) sont constitués par les moyens de régulation (58) du dispositif de refroidissement (26) de la chambre de combustion (14) par injection d'eau.

7. Culasse (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la culasse (18) comporte un injecteur (38) d'eau agencé de manière à pulvériser l'eau directement à l'intérieur de la chambre de combustion (14) du 3o moteur (10).

8. Moteur (10) comportant une culasse (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (34) du dispositif de refroidissement(26) comporte des moyens de stockage d'eau (56), tels qu'un réservoir, qui sont, au moins en partie, alimentés automatiquement par un système de condensation apte à condenser tout ou partie des vapeurs d'eau de refroidissement contenues dans des gaz d'échappement produits par le moteur (10).

9. Moteur (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'eau (56) du dispositif de refroidissement (26) sont aptes à être alimentés, au moins en io partie, par des condensas produits par un circuit de climatisation, notamment un circuit principal de climatisation équipant le véhicule comportant le moteur (10) à combustion interne.

10. Moteur (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'eau (56) du dispositif de is refroidissement (26) sont aptes à être refroidi par un circuit de climatisation, de préférence par un circuit principal de climatisation du véhicule équipé dudit moteur (10) à combustion interne, de manière à contrôler la température de l'eau injectée dans la chambre de combustion (14) en vue de son 20 refroidissement.

11. Moteur (10) comportant une culasse (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'actionneur (42) agissant sur le piston (40) des moyens de pompage (28) du dispositif de refroidissement (26) comporte une 25 came (68) qui est apte à déplacer le piston (40) vers sa position d'injection, la came (68) de l'actionneur (42) étant de préférence solidaire en rotation d'un arbre à cames équipant le moteur (10).