FR2937382A1 - Dispositif d'injection de carburant d'un moteur a combustion interne comportant au moins un canal d'injection dans sa paroi laterale - Google Patents

Dispositif d'injection de carburant d'un moteur a combustion interne comportant au moins un canal d'injection dans sa paroi laterale Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'injection (100) de carburant d'un moteur à combustion interne, comprenant un corps (110) de forme allongée comportant, à l'une de ses extrémités longitudinales, au moins un premier canal d'injection (122), caractérisé en ce qu'il est prévu dans la paroi latérale (111) de ce corps, au moins un second canal d'injection (132).

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne, comprenant un corps de forme allongée comportant, à l'une de ses extrémités longitudinales, au moins un premier canal d'injection.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un moteur à combustion interne de type Diesel comprend généralement une chambre de combustion pourvue de quatre cylindres alimentés en air frais et en carburant à haute pression. Afin de réaliser l'alimentation en carburant de la chambre de combustion, le moteur comporte de manière connue en soi une rampe commune qui renferme le carburant sous pression et qui est liée à chacune des chambres de combustion par des canaux débouchant sur des dispositifs d'injection de carburant. Classiquement, un dispositif d'injection de carburant comporte un fourreau qui comprend à son extrémité inférieure une buse percée de canaux d'injection et qui loge une aiguille d'obturation. Lorsque cette aiguille d'obturation coulisse dans le fourreau, sa partie d'obturation obture ou libère les orifices d'entrée desdits canaux d'injection de la buse du dispositif d'injection. Les moteurs à combustion interne Diesel émettent dans leurs gaz d'échappement des hydrocarbures imbrûlés, des particules de suies et des molécules d'oxydes d'azote polluantes. Afin de limiter ces émissions polluantes, des dispositifs de dépollution sont implantés sur la ligne d'échappement en aval de la chambre de combustion. Ces dispositifs de dépollution comprennent généralement un piège à oxydes d'azote placé en amont d'un filtre à particules. Pour régénérer le filtre à particules, on brûle les particules piégées à l'intérieur du filtre en élevant fortement sa température. Pour cela, il est prévu d'élever la température des gaz d'échappement en effectuant par exemple, grâce à un dispositif d'injection de carburant, une post- injection, c'est-à-dire une injection additionnelle de carburant dans la chambre de combustion après l'injection de carburant principale usuelle. Ce carburant est ensuite brûlé dans le conduit d'échappement, ou consommé lors d'une réaction catalytique dans un catalyseur ce qui augmente la température des gaz d'échappement.
Cependant, l'efficacité de combustion du carburant injecté lors des post-injections étant faible, une partie du carburant injecté en post-injection n'est pas brûlé, ce qui entraîne une dilution importante de carburant dans l'huile du moteur.
II est également connu de prévoir un autre dispositif d'injection de carburant additionnelle sur la ligne d'échappement pour augmenter la température des gaz d'échappement de la même façon que précédemment. Cependant, l'ajout d'une buse d'injection additionnelle sur la ligne d'échappement est très coûteux. OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'injection de carburant dans le conduit d'échappement du moteur peu coûteux et limitant la dilution de carburant dans l'huile du moteur.
A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif d'injection tel que défini en introduction, dans lequel il est prévu dans la paroi latérale de son corps, au moins un second canal d'injection. Ainsi, grâce à l'invention, un dispositif d'injection unique permet d'injecter du carburant à la fois dans la chambre de combustion du moteur et dans le conduit d'échappement de ce moteur. La mise en oeuvre de ce dispositif d'injection remplace l'utilisation de deux dispositifs d'injection classiques et engendre donc un faible surcoût. Il permet l'injection de carburant dans le conduit d'échappement et réduit donc l'utilisation des post-injections de carburant dans la chambre de combustion et par conséquent la dilution de carburant dans l'huile du moteur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif d'injection selon l'invention, - il est prévu une aiguille d'obturation unique dont une extrémité est adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque premier canal et l'autre extrémité est adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque second canal ; - il est prévu une culasse mobile dont le mouvement de translation est adapté à libérer l'orifice d'entrée de chaque second canal ; - il est prévu au moins un électro-aimant dont l'actionnement provoque le mouvement de translation de ladite culasse mobile ; - ladite aiguille d'obturation est adaptée à libérer l'orifice d'entrée de chaque premier canal par un mouvement de translation ; - il est prévu deux aiguilles d'obturation, l'une adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque premier canal et l'autre adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque second canal ; - chaque aiguille d'obturation est adaptée à libérer l'orifice d'entrée du canal correspondant par un mouvement de translation ; et, - il est prévu au moins deux électro-aimants dont l'actionnement provoque le mouvement de translation de chacune des deux aiguilles d'obturation. L'invention concerne également un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comportant un dispositif d'injection tel que décrit précédemment, monté dans une culasse fermant une chambre de combustion dudit moteur dans laquelle débouche chaque premier canal dudit dispositif d'injection, ladite culasse comportant un conduit additionnel dans lequel débouche chaque second canal dudit dispositif d'injection, ledit conduit additionnel communiquant avec un conduit d'échappement. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du moteur selon l'invention, - ledit conduit additionnel communique avec un conduit d'échappement vers lequel les gaz d'échappement produits dans ladite chambre de combustion sont expulsés ; et, - ledit conduit additionnel communique avec un conduit d'échappement vers lequel les gaz d'échappement produits dans une autre chambre de combustion du moteur sont expulsés. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés, - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne ; - la figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'injection de carburant selon de l'invention ; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques d'un second mode de réalisation du dispositif d'injection de carburant selon l'invention. Sur les figures, on a représenté un moteur 60 à combustion interne qui comprend un carter cylindre 11 à quatre cylindres dont les chambres de combustion 11A sont fermées par une culasse 10.
Chaque chambre de combustion 11A est alimentée en carburant par une rampe commune 14. Une pompe 13 prélève le carburant dans le réservoir de carburant 12 et l'injecte sous pression dans la rampe commune 14 par l'intermédiaire d'un conduit 15.
La rampe commune 14 comprend en outre quatre canaux de sortie 14A alimentant chacun en carburant un dispositif d'injection 100;200 monté dans ladite culasse 10 et débouchant dans l'une des chambres de combustion 11A.
La suite de la description concerne l'une quelconque de ces chambre de combustion. Comme le montrent les figures 2 à 4, la chambre de combustion 11A est alimentée en air frais par un conduit d'admission 20 de la culasse 10 qui débouche dans ladite chambre de combustion 11A par une ouverture 22 comportant une soupape d'admission 21 (non représentée sur les figures 3 et 4). Après la combustion, les gaz d'échappement sont acheminés hors de la chambre de combustion 11A à travers une ouverture 32 d'accès à un conduit d'échappement 30 de la culasse 10 qui comporte une soupape d'échappement 31 (non représentée sur les figures 3 et 4). Comme le montrent plus particulièrement les figures 2 à 4, chaque dispositif d'injection 100;200 comprend un corps 110;210 de forme allongée. Ce corps 110;210 se présente sous la forme d'un fourreau cylindrique creux comportant une paroi latérale 111;211. L'extrémité supérieure de ce corps 110;210 est fermée par un dispositif électronique de commande reliée à l'unité centrale électronique (non représentée) du moteur 60. Cette unité centrale électronique reçoit notamment les informations fournies par différents capteurs du moteur 60. L'extrémité inférieure de ce corps 110;210, qui émerge dans une des chambres de combustion 11A est fermée par une buse 112;212 comportant au moins un premier canal 122;222 d'injection. Ici sont représentés, dans chaque mode de réalisation, deux premiers canaux 122;222 (figures 2 à 4). Cette buse 112;212 présente ici une forme conique et ces deux premiers canaux 122;222 sont orientés radialement par rapport à l'axe X1;X2 du corps 110;210 du dispositif d'injection 100;200 de façon à ce que le jet de carburant traversant ces premiers canaux 122;222 soit dirigé vers l'extrémité de la buse 112;212 (figures 2 et 3). De manière remarquable, il est prévu dans la paroi latérale 111;211 de ce corps 110;210, au moins un second canal 132;232 d'injection.
Selon un premier mode de réalisation du dispositif d'injection 100, représenté sur la figure 1, le corps 110 de ce dispositif d'injection comporte deux chambres d'obturation 125, 135 alimentées en carburant sous pression par la rampe commune 14, qui s'étendent axialement selon l'axe X1 du corps 110, dans le prolongement l'une de l'autre.
Le carburant sous pression pénètre dans le dispositif d'injection 100 par une ouverture d'entrée 160 qui débouche dans l'un des canaux de sortie 14A. II est acheminé vers chaque chambre de combustion 125, 135 par un conduit dédié (non représenté). Une ouverture de sortie 150 est prévue pour évacuer le surplus de carburant circulant dans le dispositif d'injection 100. Les orifices d'entrée de ces premiers et seconds canaux 122, 132 débouchent respectivement dans l'une de ces deux chambres d'obturation 125, 135, qui loge chacune une partie d'obturation d'une aiguille d'obturation 120, 130 se présentant ici sous une forme globalement cylindrique. Lesdits premiers canaux 122 débouchent en sortie dans la chambre de combustion 11A du moteur 60, tandis qu'ici les seconds canaux 132 communiquent avec le conduit d'échappement 30 du moteur 60.
Les deux aiguilles d'obturation 120, 130 s'étendent selon un même axe, de préférence confondu avec l'axe Xl du corps 100. La partie d'obturation de l'une 120 des deux aiguilles d'obturation est adaptée à obturer les orifices d'entrée des premiers canaux 122 tandis que la partie d'obturation de l'autre 130 des deux aiguilles d'obturation est adaptée à obturer les orifices d'entrée des seconds canaux 132. Pour cela, la forme de la partie d'obturation de chaque aiguille d'obturation 120, 130, ici conique, épouse la paroi de la chambre d'obturation 125, 135 qui comporte les orifices d'entrée des premiers ou seconds canaux 122, 132 correspondants.
Chacune des aiguilles d'obturation 120, 130 est également adaptée à libérer les orifices d'entrées desdits premiers et seconds canaux 122, 132 par un mouvement de translation selon l'axe Xl du corps 110 du dispositif d'injection 100 qui éloigne la partie d'obturation de ladite aiguille d'obturation 120, 130 des orifices d'entrée desdits premiers et seconds canaux122, 132.
Le mouvement de translation de chaque aiguille d'obturation 120, 130 est commandé indépendamment par un dispositif de commande 121, 131. Ces dispositifs de commande 121, 131 comportent ici chacun un électro-aimant 121, 131 dont l'actionnement par un courant électrique provoque le coulissement de l'aiguille d'obturation 120, 130 correspondante à l'intérieur du corps 110 du dispositif d'injection 100. Le courant électrique parcourant chacun des électro-aimants est commandé par le dispositif de commande électronique 140. Lorsque les orifices d'entrée des premiers canaux 122 sont libérés, le carburant sous pression dans la chambre d'obturation 125 correspondante s'écoule dans ces premiers canaux 122 et est injecté dans ladite chambre de combustion 11A du moteur 60. Lorsque les orifices d'entrée des deuxièmes canaux 132 sont libérés, le carburant sous pression dans la chambre d'obturation 135 correspondante s'écoule dans ces deuxième canaux 132 et sort du dispositif d'injection 100. à proximité de la paroi latérale 111 de ce dispositif d'injection 100 pour être acheminé vers le conduit d'échappement 30.
Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif d'injection 200, représenté sur les figures 2 et 3, le corps 210 de ce dispositif d'injection comporte deux chambres d'obturation 225, 235 alimentées en carburant sous pression par la rampe commune 14 (figure 4), qui s'étendent axialement selon l'axe X2 du corps 210, dans le prolongement l'une de l'autre.
Les orifices d'entrée des premiers et seconds canaux 222, 232 débouchent respectivement dans ces deux chambres d'obturation 225, 235, qui loge chacune une partie d'obturation 200, 230 d'une aiguille d'obturation 270 unique s'étendant selon un axe confondu avec l'axe X2 du corps 210. Lesdits premiers canaux 222 débouchent en sortie dans la chambre de combustion 11A du moteur 60, tandis qu'ici les seconds canaux 232 communiquent avec le conduit d'échappement 30 du moteur 60. Le carburant sous pression pénètre dans le dispositif d'injection 200 par une ouverture d'entrée 260 qui débouche dans l'un des canaux de sortie 14A. Il est acheminé vers chaque chambre de combustion 225, 235 par un conduit 275, 276 dédié. Une ouverture de sortie 250 est prévue pour évacuer le surplus de carburant circulant dans le dispositif d'injection 200. L'aiguille d'obturation 270 se présente sous la forme d'un cylindre et comporte une première partie d'obturation 220 située à l'une de ses extrémités et adaptée à obturer les orifices d'entrée des premiers canaux 222 ainsi qu'une deuxième partie d'obturation 230, située à son autre extrémité, et adaptée à obturer les orifices d'entrée des seconds canaux 232. Pour cela, les première et deuxième partie d'obturation 220, 230 de l'aiguille d'obturation 270 présentent chacune une forme qui épouse la paroi de la chambre d'obturation 225, 235 comportant les orifices d'entrée des premiers ou des seconds canaux 222, 232. Les première et deuxième parties d'obturation 220, 230 sont ici coniques (figures 3 et 4). Ladite aiguille d'obturation 270 est par ailleurs adaptée à libérer les orifices d'entrée des premiers canaux 122 par un mouvement de translation selon l'axe X2 du corps 210 du dispositif d'injection 200, comme dans le premier mode 35 de réalisation. Le mouvement de translation de cette aiguille d'obturation 270 est commandé par un dispositif de commande (non représenté).
Ce dispositif de commande comporte par exemple comme dans le premier mode de réalisation un électro-aimant dont l'actionnement par un courant électrique provoque le mouvement de translation de l'aiguille d'obturation 270 qui éloigne la première partie d'obturation 220 de l'aiguille d'obturation 270 des orifices d'entrée desdits premiers canaux 222. Le carburant sous pression introduit dans la chambre d'obturation 225 correspondante par le conduit 276 qui s'étend dans la paroi latérale 211 du corps 210 est alors injecté dans la chambre de combustion 11A (figure 3). La chambre d'obturation 235 logeant la deuxième partie d'obturation 230 de l'aiguille d'obturation 270 est fermée par une extrémité 273A d'une culasse mobile 273 et un joint d'étanchéité 274 qui est solidaire de la deuxième partie d'obturation 230 de l'aiguille 270. Le conduit 275 qui alimente la chambre 235 en carburant traverse axialement la culasse mobile 273. Ladite culasse mobile 273 présente ici une forme cylindrique.
Les seconds canaux 232 traversent cette culasse mobile 273. Ladite extrémité 273A de ladite culasse mobile 273 comporte ici un renfoncement de forme conique dans lequel l'orifice d'entrée de chaque second canal 232 débouche (figure 4). Cette culasse mobile 273 est adaptée à se déplacer en translation le long de l'axe X2 du corps 210 du dispositif d'injection 200. Ce mouvement de translation est adapté à libérer les orifices d'entrée des seconds canaux 122. Ledit mouvement de translation de la culasse mobile 273 est ici commandé par un dispositif de commande comportant deux électro-aimants 271, 272. L'un 272 des électro-aimants est placé à proximité de ladite extrémité 273A de la culasse mobile, tandis que l'autre électro-aimant 271 est disposé à proximité de l'autre extrémité 273B de la culasse mobile 273. Ainsi lorsque l'électro-aimant 272 disposé à proximité de la deuxième partie d'obturation 230 de l'aiguille d'obturation 270 est parcouru par un courant (figure 3), le champ magnétique créé par cet électro-aimant 272 plaque la culasse mobile 273 contre la deuxième partie d'obturation 230 de l'aiguille d'obturation 270. Les orifices d'entrée des deuxièmes canaux 232 sont alors obturés, et ce, quel que soit le mouvement de l'aiguille d'obturation 270. Lorsque cet électro-aimant 272 n'est plus parcouru par un courant et que l'autre électro-aimant 271 est parcouru par un courant (figure 4), la culasse est alors attirée vers cet autre électro-aimant 271 et s'éloigne de la deuxième partie d'obturation 230 de l'aiguille d'obturation 270, libérant les orifices d'entrée des deuxièmes canaux 232. Le carburant sous pression présent dans la chambre d'obturation 235 correspondante s'écoule alors à travers ces deuxièmes canaux 232 et sort du dispositif d'injection 200 à proximité de la paroi latérale 211 de ce dispositif d'injection 200 pour être acheminé vers le conduit d'échappement 30. Les déplacements de l'aiguille d'obturation 270 et de la culasse mobile 273 sont ainsi commandés de manière indépendante, de même que l'injection de carburant par les premiers et les deuxièmes canaux 222, 232. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif d'injection 100;200, son utilisation autorise l'injection de carburant à la fois dans la chambre de combustion du moteur 60 et à proximité de la paroi latérale 111;211 du dispositif d'injection 100;200 de manière à ce qu'il soit acheminé vers le conduit d'échappement 30. De manière remarquable, la culasse 10 du moteur 60 selon l'invention comporte un conduit additionnel 50 dans lequel débouche chaque second canal 132;232 dudit dispositif d'injection 100;200. Ce conduit additionnel 50 communique avec le conduit d'échappement 30 dans lequel sont évacués les gaz d'échappement produits dans la chambre de combustion 11A dans laquelle débouchent les premiers canaux 122;222 dudit dispositif d'injection 100;200. Ainsi, le carburant qui s'écoule dans lesdits deuxièmes canaux 132;232 du dispositif d'injection 100;200 est acheminé dans ce conduit additionnel 50 jusqu'au conduit d'échappement 30.
Pendant les phases de régénération du filtre à particules, le dispositif d'injection 100;200 permet ainsi d'injecter, simultanément ou alternativement, du carburant dans la chambre de combustion 11A et dans le conduit d'échappement 30. La combustion du carburant injecté dans la chambre de combustion 11A fournit l'énergie nécessaire au moteur pour son fonctionnement, tandis que le carburant injecté dans le conduit d'échappement 30 est brûlé ou consommé lors d'une réaction catalytique dans un catalyseur (non représenté), ce qui élève fortement la température des gaz d'échappement. Ces gaz d'échappement à hautes température échauffent le filtre à particules (non représenté) pour permettre sa régénération. La quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion en post-injection pour chauffer les gaz d'échappement est donc diminuée, ce qui réduit la dilution de carburant dans l'huile et permet à l'utilisateur d'espacer les vidanges de l'huile.
Ce dispositif d'injection 100;200 est, de plus, peu coûteux. En dehors des phases de régénération du filtre à particules, le dispositif d'injection 100;200 assure l'injection de carburant dans la chambre de combustion 11A du moteur 60. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
Alternativement, on peut envisager comme dispositifs de commande des aiguilles d'obturation ou de la culasse mobile des dispositifs d'injection des deux modes de réalisation décrits tout dispositif de commande connu, par exemple mécanique, électronique ou hydraulique. Alternativement, on peut envisager que ledit conduit additionnel communique avec un conduit d'échappement vers lequel les gaz d'échappement produits dans une autre chambre de combustion du moteur sont expulsés.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'injection (100;200) de carburant d'un moteur (10) à combustion interne, comprenant un corps (110;210) de forme allongée comportant, à l'une de ses extrémités longitudinales, au moins un premier canal (122;222) d'injection, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la paroi latérale (111;211) de ce corps (110;210), au moins un second canal (132;232) d'injection.
  2. 2. Dispositif d'injection (200) de carburant selon la revendication précédente, dans lequel, il est prévu une aiguille d'obturation (270) unique dont une extrémité (220) est adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque premier canal (222) et l'autre extrémité (230) est adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque second canal (232).
  3. 3. Dispositif d'injection (200) de carburant selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu une culasse mobile (273) dont le mouvement de translation est adapté à libérer l'orifice d'entrée de chaque second canal (232).
  4. 4. Dispositif d'injection (200) de carburant selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu au moins un électro-aimant (271,272) dont l'actionnement provoque le mouvement de translation de ladite culasse mobile (273).
  5. 5. Dispositif d'injection (200) de carburant selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel ladite aiguille d'obturation (270) est adaptée à libérer l'orifice d'entrée de chaque premier canal (222) par un mouvement de translation.
  6. 6. Dispositif d'injection (100) de carburant selon la revendication 1, dans lequel, il est prévu deux aiguilles d'obturation (120, 130), l'une (120) adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque premier canal (122) et l'autre (130) adaptée à obturer l'orifice d'entrée de chaque second canal (132).
  7. 7. Dispositif d'injection (100) de carburant selon la revendication précédente, dans lequel chaque aiguille d'obturation (120, 130) est adaptée à libérer l'orifice d'entrée du canal (122, 132) correspondant par un mouvement de translation.
  8. 8. Dispositif d'injection (100) de carburant selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel il est prévu au moins deux électro-aimants (121;131) dont l'actionnement provoque le mouvement de translation de chacune des deux aiguilles d'obturation (120, 130).
  9. 9. Moteur (60) à combustion interne de véhicule automobile, comportant un dispositif d'injection (100;200) selon l'une des revendication précédentes,monté dans une culasse (10) fermant une chambre de combustion (11A) dudit moteur (60) dans laquelle débouche chaque premier canal (122;222) dudit dispositif d'injection (100;200), ladite culasse (10) comportant un conduit additionnel (50) dans lequel débouche chaque second canal (132;232) dudit dispositif d'injection (100;200), ledit conduit additionnel (50) communiquant avec un conduit d'échappement (30).
  10. 10. Moteur (60) à combustion interne selon la revendication précédente, dans lequel ledit conduit additionnel (50) communique avec un conduit d'échappement (30) vers lequel les gaz d'échappement produits dans ladite chambre de combustion (11A) sont expulsés.
  11. 11. Moteur à combustion interne selon la revendication 9, dans lequel ledit conduit additionnel communique avec un conduit d'échappement vers lequel les gaz d'échappement produits dans une autre chambre de combustion du moteur sont expulsés.
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