FR2888284A3 - Moteur a combustion interne comprenant un injecteur de carburant adapte pour le demarrage dudit moteur - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un moteur à combustion interne à injection directe de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante d'un élément de préchauffage et une extrémité libre (19) d'une buse (10) d'un injecteur (9) de carburant pourvue d'une rangée d'orifices primaires (13, 16) de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe (A9) de l'injecteur.Selon l'invention, ladite extrémité libre de la buse de l'injecteur comprend, en dehors de ladite rangée d'orifices primaires de giclage, un orifice secondaire (18), apte à être alimenté en carburant simultanément aux orifices primaires de ladite rangée, dont l'axe (A21) est orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage.
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante d'un élément de préchauffage et une extrémité libre d'une buse d'un injecteur de carburant pourvue d'une rangée d'orifices primaires de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe de l'injecteur.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour le démarrage à froid des moteurs à combustion interne à injection directe à allumage par compression de type diesel.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Les moteurs de véhicules automobiles à injection directe à allumage par compression de type diesel comprennent généralement un injecteur de carburant agencé dans une chambre de combustion d'un cylindre dans lequel coulisse un piston. L'injecteur de carburant fait jaillir dans la chambre de combustion un certain volume de carburant dont une fraction est vaporisée et se mélange à un volume d'air frais admis par un collecteur d'admission dans la chambre de combustion, pour former un mélange de gaz frais.
Les conditions thermodynamiques favorables à l'inflammation du mélange de gaz frais sont fonction de la richesse, de la température et de la pression du mélange de gaz frais. Ainsi, pour une certaine richesse donnée du mélange de gaz frais, celui-ci s'enflamme automatiquement sous une certaine pression et une certaine température.
Actuellement, le taux de compression du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion des moteurs à injection directe de type diesel est faible, afin d'augmenter la puissance du moteur.
Ce faible taux de compression du mélange de gaz frais entraîne une dégradation des conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion permettant l'inflammation automatique du mélange de gaz frais. II s'ensuit, des difficultés de démarrage lorsque le moteur est encore froid, c'est-à-dire, lorsque le mélange de gaz frais dans la chambre de combustion est froid.
Pour corriger ce problème de démarrage à froid, il est connu d'utiliser une bougie de préchauffage, positionnée dans la chambre de combustion pour augmenter la température dans la chambre de combustion afin de compenser la baisse du taux de compression du mélange de gaz frais. Cependant, l'utilisation d'une bougie de préchauffage nécessite un temps de préchauffage qui est d'autant plus important que la température du mélange de gaz frais avant le démarrage du moteur est faible. En outre, le temps de préchauffage génère une consommation d'énergie électrique importante.
II est encore connu de rapprocher la bougie de préchauffage d'un des 10 orifices de l'extrémité libre de la buse de l'injecteur de carburant pour augmenter la température dans la zone où est réalisé le mélange de gaz frais.
Lorsque l'extrémité libre de la buse de l'injecteur de carburant possède une seule rangée d'orifices de giclage de carburant, celle-ci est laissée libre quel que soit l'état de fonctionnement du moteur. La bougie de préchauffage est alors positionnée à proximité d'un orifice laissé libre appartenant à la rangée d'orifices de l'extrémité libre de la buse. L'extrémité libre de la buse peut aussi posséder plusieurs rangées d'orifices de giclage de carburant utilisées en fonction du régime du moteur. Ces rangées sont indépendantes les unes des autres et, à au moins un moment du fonctionnement du moteur, les différents orifices des différentes rangées sont obturés par un organe d'obturation coopérant avec la buse de l'injecteur. II s'ensuit que l'orifice situé à proximité de la bougie de préchauffage, approchée de celui-ci, est à un moment donné obturé de même que les autres orifices de la rangée à laquelle il appartient.
Cependant, un rapprochement de la bougie de l'injecteur de carburant, pénalise les performances du moteur après démarrage, car la bougie constitue alors un obstacle à la circulation tourbillonnaire de l'air frais dans la chambre de combustion.
Il est enfin connu d'augmenter au démarrage le volume de carburant injecté afin d'augmenter la richesse du mélange de gaz frais. En effet, lorsque la température est faible dans la chambre de combustion, seule une petite fraction du volume de carburant injecté est vaporisée et peut alors se mélanger au volume d'air frais. II est alors nécessaire d'injecter un volume important de carburant pour avoir un volume plus important de carburant vaporisé. Cependant, cette solution entraîne une surconsommation et une émission de polluants importante.
OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients de l'état de la technique précité, la présente invention propose un nouveau moteur à injection directe dans lequel il est prévu un injecteur de carburant adapté à favoriser le démarrage du moteur.
À cet effet, on propose selon l'invention un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante d'un élément de préchauffage et une extrémité libre d'une buse d'un injecteur de carburant pourvue d'une rangée d'orifices primaires de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe de l'injecteur, dans lequel ladite extrémité libre de la buse de l'injecteur comprend, en dehors de ladite rangée d'orifices primaires de giclage, un orifice secondaire, apte à être alimenté en carburant simultanément aux orifices primaires de ladite rangée, dont l'axe est orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage.
Grâce à l'orientation de l'axe de l'orifice secondaire sensiblement vers l'extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage, le mélange de gaz est réalisé, au démarrage, à proximité de cette extrémité libre chauffante. Le mélange de gaz possède alors une richesse satisfaisante et une température suffisante pour satisfaire aux conditions thermodynamiques d'inflammation du mélange de gaz, compensant ainsi la dégradation des conditions thermodynamiques résultant du faible taux de compression du mélange de gaz dans la chambre de combustion.
De plus, cette température suffisante du mélange de gaz est atteinte, du fait de la proximité de l'extrémité libre chauffante de l'élément chauffant, après une courte durée de préchauffage, ce qui réduit la consommation en énergie électrique et donc en carburant.
En particulier, lors du démarrage à froid du moteur où la faible température de la chambre de combustion et donc du mélange de gaz pénalise l'inflammation du mélange de gaz, l'utilisation de l'orifice secondaire selon l'invention injectant le carburant à proximité de l'extrémité chauffante de l'élément de préchauffage permet ainsi de favoriser l'inflammation du mélange de gaz.
En outre, l'orientation de l'axe de l'orifice secondaire permet de ne faire pénétrer que faiblement l'extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage dans la chambre de combustion. Ainsi, grâce à l'orifice secondaire de la buse de l'injecteur selon l'invention, l'élément de préchauffage n'entrave pas le flux d'air tourbillonnaire destiné à favoriser l'homogénéisation du mélange de gaz.
Enfin, l'orifice secondaire de giclage de carburant situé en dehors de la rangée d'orifices primaires est principalement dédié au démarrage du moteur mais reste ultérieurement alimenté en carburant comme les orifices primaires, ce qui permet d'avoir un mécanisme de fonctionnement simple pour l'injecteur.
Ainsi, l'utilisation d'un orifice secondaire selon l'invention favorise le démarrage du moteur et réduit les contraintes d'encombrement et de consommation auxquelles il est soumis lors de son fonctionnement après démarrage.
Selon une première caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, le diamètre de l'orifice secondaire est inférieur au diamètre des orifices primaires.
Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, le diamètre de l'orifice secondaire est d'au plus de 80 microns.
Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, l'orifice secondaire est disposé au-dessus de la rangée d'orifices primaires de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion.
Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, l'axe de l'orifice secondaire fait un angle compris entre 80 et 90 avec l'axe d'un piston agencé dans la chambre de combustion.
Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, l'orifice secondaire est disposé en dessous de la rangée d'orifices primaires de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION
La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Dans les dessins annexés: la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'un moteur selon l'invention dans lequel sont agencés un injecteur de carburant et un élément de préchauffage; - la figure 2 est une vue de face de l'extrémité libre de la buse de l'injecteur du moteur de la figure 1; la figure 3 est une vue selon la coupe A-A de la figure 2.
Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile de type diesel à injection directe. Ce moteur comprend un cylindre 5 dans lequel coulisse un piston 7. La paroi supérieure du cylindre 5 délimite avec la face extérieure creusée 71 de la tête du piston 7 une chambre de combustion 6. Une extrémité libre chauffante 28 d'un élément de préchauffage 8 et une extrémité libre 19 d'une buse 10 d'un injecteur 9 de carburant s'étendent dans la chambre de combustion 6, en vis-à-vis du piston 7.
Ici, cet élément de préchauffage 8 est une bougie de préchauffage 8 dont l'extrémité libre chauffante 28 pénètre faiblement dans la chambre de combustion 6 pour ne pas entraver un flux d'air tourbillonnaire destiné à favoriser l'homogénéisation du mélange de gaz.
D'une part, l'injecteur 9 de carburant et sa buse 10, et d'autre part, le piston 7, présentent des axes A9, A7 qui, ici, sont confondus. Comme représenté sur la figure 2, l'extrémité libre 19 de la buse 10 comprend une rangée 17 d'orifices 11,12,13,14,15,16 de giclage de carburant, appelés orifices primaires, répartis circonférentiellement autour de l'axe A9 de la buse 10 de l'injecteur 9 de carburant. Chacun de ces orifices primaires 11,12,13,14,15,16 présente un axe A20,A20' qui fait un angle B20 de l'ordre de 70 avec l'axe A7 du piston 7 (voir figure 3). Ces orifices primaires 11,12,13,14,15,16 permettent d'injecter du carburant en jets 20,20' dirigés vers la face creusée 71 de la tête du piston 7 (voir figure 1).
Avantageusement selon l'invention, comme le montre la figure 2, ladite extrémité libre 19 de la buse 10 de l'injecteur 9 comprend un orifice secondaire 18 destiné à l'injection de carburant pour le démarrage du moteur et apte à être alimenté en carburant simultanément aux orifices primaires de la rangée 17. Cet orifice secondaire 18 est situé au-dessus de la rangée 17 d'orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion 6.
Le diamètre d'au plus de 80 microns de l'orifice secondaire 18 est inférieur au diamètre des orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de la rangée 17.
Cet orifice secondaire 18 possède un axe A21 orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante 28 de l'élément de préchauffage 8 et fait alors un angle B21 de l'ordre de 85 avec l'axe A7 du piston 7 coulissant dans la chambre de combustion 6 confondu ici avec l'axe A9 de la buse 10 de l'injecteur 9 (voir figure 1).
Le fonctionnement du moteur selon l'invention est décrit ci-dessous. Avant le démarrage à froid du moteur, la température de la chambre de combustion 6 est basse et donc pénalise l'inflammation du mélange de gaz. Lors du démarrage du moteur, le carburant arrivant par l'injecteur 9 jaillit d'une part, par les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de la rangée 17, et d'autre part, selon l'invention, par l'orifice secondaire 18 situé au-dessus de la rangée 17 d'orifices primaires 11,12,13,14,15,16, en un jet 21 dirigé vers l'extrémité libre chauffante 28 de la bougie 8.
Avantageusement, grâce à l'orientation de l'axe A21 de l'orifice secondaire 18 sensiblement vers l'extrémité libre chauffante 28 de l'élément de préchauffage 8, le mélange de gaz est réalisé à proximité de cette extrémité libre chauffante 28. Le mélange de gaz possède alors une richesse satisfaisante et une température suffisante pour satisfaire aux conditions thermodynamiques d'inflammation du mélange de gaz, compensant ainsi la dégradation des conditions thermodynamiques résultant d'un faible taux de compression du mélange de gaz dans la chambre de combustion 6 par le piston 7.
Grâce au faible diamètre de l'orifice secondaire 18 selon l'invention, la vaporisation du carburant injecté par cet orifice secondaire 18 de giclage est améliorée. Un plus grand volume de carburant vaporisé participe alors à la réalisation du mélange de gaz à proximité de l'extrémité libre chauffante 28 de l'élément de préchauffage 8, fournissant ainsi une richesse et une température du mélange de gaz favorable à son inflammation.
Grâce au faible diamètre de l'orifice secondaire 18 selon l'invention, la pénétration du liquide et de la vapeur du jet de carburant injecté par cet orifice secondaire 18 est réduite. La pénétration du jet étant faible, la dilution du carburant dans le film d'huile présent sur le cylindre 5 est très limitée. II n'y a donc pas d'altération de la qualité de l'huile.
En outre, la vaporisation du carburant par son passage dans l'orifice secondaire 18 étant importante, il n'est pas nécessaire d'injecter, en particulier au démarrage du moteur, un grand volume de carburant liquide pour obtenir un grand volume de carburant vaporisé. Ainsi, au démarrage, les émissions polluantes sont réduites.
Puis, après l'inflammation du mélange de gaz à proximité de l'extrémité chauffante 28 de la bougie 8, l'inflammation se propage au carburant injecté, par les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 de plus gros diamètres, dans la chambre de combustion 6.
Après le démarrage à froid du moteur, le carburant continue de jaillir non seulement par les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 mais aussi par l'orifice secondaire 18. Après le démarrage du moteur, l'injection du carburant par les orifices primaires 11,12,13,14,15,16 selon les jets 20, 20', orientés chacun de l'angle B20 par rapport à l'axe A7 du piston 7, permet d'optimiser la combustion du mélange de gaz dans la chambre de combustion 6. Le flux de carburant continuant à jaillir de l'orifice secondaire 18 est faible comparé à celui jaillissant des orifices primaires 11,12,13,14,15,16 et cet orifice secondaire peut donc rester alimenté en carburant simultanément aux orifices primaires durant tout le fonctionnement du moteur, ce qui simplifie le fonctionnement de l'injecteur 9 de carburant.
La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
En variante, il est possible de prévoir que l'orifice secondaire est situé en dessous de la rangée d'orifices primaires de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion. L'angle entre l'axe de cet orifice secondaire et l'axe du piston est alors adapté de sorte que l'axe de cet orifice secondaire soit orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante de l'élément de préchauffage.
On peut aussi utiliser un injecteur dont l'extrémité libre de la buse comporte plusieurs rangées d'orifices primaires. Ces différentes rangées sont alors obturées selon le mode de fonctionnement du moteur par un organe d'obturation coopérant avec la buse de l'injecteur, indépendamment de l'orifice secondaire orienté vers la bougie de préchauffage.
Il peut être aussi intéressant de prévoir un grand nombre d'orifices primaires sur la rangée correspondante afin de mieux répartir l'injection de carburant dans la partie centrale de la chambre de combustion. Ceci améliore alors la répartition du mélange de gaz dans la chambre de combustion et ainsi permet, lors du fonctionnement du moteur après démarrage, d'optimiser les performances dudit moteur. En outre, plus le nombre d'orifices primaires est important moins l'ajout d'un orifice secondaire pénalisera le débit de carburant dans la rangée d'orifices primaires nécessaire au fonctionnement du moteur après démarrage.
Claims (1)
- 9 REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion (6) dans laquelle s'étend une extrémité libre chauffante (28) d'un élément de préchauffage (8) et une extrémité libre (19) d'une buse (10) d'un injecteur (9) de carburant pourvue d'une rangée (17) d'orifices primaires (11,12,13,14,15,16) de giclage de carburant disposés circonférentiellement autour de l'axe (A9) de l'injecteur (9), caractérisé en ce que ladite extrémité libre (19) de la buse (10) de l'injecteur (9) comprend, en dehors de ladite rangée (17) d'orifices primaires de giclage, un orifice secondaire (18), apte à être alimenté en carburant simultanément aux orifices primaires (11,12,13,14,15,16) de ladite rangée (17), dont l'axe (A21) est orienté sensiblement vers ladite extrémité libre chauffante (28) de l'élément de préchauffage (8), et en ce que le diamètre de l'orifice secondaire (18) est d'au plus de 80 microns.2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice secondaire (18) est inférieur au diamètre des orifices primaires (11,12,13,14,15,16).3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice secondaire (18) est disposé au-dessus de la rangée (17) d'orifices (11,12,13,14,15,16) de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion (6).4. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe (A21) de l'orifice secondaire (18) fait un angle (B21) compris entre 80 et 90 avec l'axe (A7) d'un piston (7) agencé dans la chambre de combustion (6).5. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'orifice secondaire (18) est disposé en dessous de la rangée (17) d'orifices primaires (11,12,13,14,15,16) de giclage, par rapport au centre de la chambre de combustion (6).
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