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Title:
DEVICE AND METHOD FOR INJECTING A CHARGE INTO THE COMBUSTION CHAMBER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SPARK IGNITION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/134517
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (20) for injecting a charge into a combustion chamber (4) of an internal combustion engine with spark ignition, the device (20) comprising: • a stratification duct (21) in communication with the combustion chamber (4) near electrodes of a spark plug (7); • a fluid supply line (22) between the stratification duct (21) and a source (30) having a determined pressure; the device (20) is characterized in that it comprises: • a non-return valve (23) between the supply line (22) and the stratification duct (21), to allow the flow of fluid from the source (30) to the combustion chamber (4) and thus to inject the charge there, only when the pressure in the supply line (22) is greater than the pressure in the stratification duct (21); and • a closure system (24) configured to selectively put the supply line (22) in fluid communication with the source (30) of fluid or with an admission channel (5b) of the engine.

Inventors:
ROBINET, Cyril (Résidence Garibaldi, 2 rue du Diapason, LYON, 69003, FR)
BIGOT, Sylvain (7 rue Justin Blanc, PAU, 64000, FR)
Application Number:
FR2018/050109
Publication Date:
July 26, 2018
Filing Date:
January 17, 2018
Export Citation:
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Assignee:
MCE 5 DEVELOPMENT (10 place Charles Beraudier, Immeuble l'Orient, LYON, 69003, FR)
International Classes:
F02B17/00; F02B23/10; F02F1/24; F02M21/02; F02M23/00
Foreign References:
FR2986564A12013-08-09
EP2372135A12011-10-05
US5081969A1992-01-21
JPS57143122A1982-09-04
US5271365A1993-12-21
FR2259982A11975-08-29
FR2304779A11976-10-15
US4248189A1981-02-03
US4864989A1989-09-12
US5081969A1992-01-21
EP2372135A12011-10-05
FR2986564A12013-08-09
Attorney, Agent or Firm:
BREESE, Pierre (IP TRUST, 2 rue de Clichy, Paris, 75009, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé, le dispositif (20) comprenant :

• Un conduit de stratification (21) communiquant avec la chambre de combustion (4) à proximité d'électrodes (7a) d'une bougie d'allumage (7) ;

• Une ligne d'amenée (22) d'un fluide entre le conduit de stratification (21) et une source (30) présentant une pression déterminée ;

Le dispositif (20) étant caractérisé en ce qu'il comprend :

• Un clapet anti-retour (23) entre la ligne d'amenée (22) et le conduit de stratification (21), pour permettre l'écoulement du fluide de la source (30) à la chambre de combustion (4), et ainsi y injecter la charge, uniquement lorsque la pression dans la ligne d'amenée (22) est supérieure à la pression dans le conduit de stratification (21) ;

· Un système obturateur (24) configuré pour mettre en communication fluidique la ligne d'amenée (22) sélectivement avec la source (30) de fluide ou avec un canal d'admission (5b) du moteur. 2. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication précédente, comprenant un conduit de vidange (25) débouchant dans le canal d'admission (5b), que le système obturateur (24) est apte à mettre en communication avec la ligne d'amenée (22) .

3. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication précédente, dans lequel la ligne d'amenée (22) comporte deux branches et le système obturateur (24) comporte deux actionneurs (24a, 24b) pilotés séparément, un premier actionneur (24a) étant situé entre une première branche de la ligne d'amenée (22) et la source (30), et un deuxième actionneur (24b) étant situé entre une deuxième branche de la ligne d'amenée (22) et le conduit de vidange (25) .

Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication précédente, dans lequel chaque actionneur (24a, 24b) est composé d'un boisseau rotatif .

Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication précédente, dans lequel chaque boisseau est apte à être entraîné par un arbre à came du moteur.

Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication 3, dans lequel chaque actionneur (24a, 24b) est composé d'une électrovanne.

Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication précédente, dans lequel chaque électrovanne est apte à être pilotée par un calculateur .

Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication 2, dans lequel le système obturateur (24) comporte un distributeur à deux positions et à trois orifices connectés respectivement à la source (30), à la ligne d'amenée (22) et au conduit de vidange (25) , une première position permettant de mettre en communication fluidique la source (30) et la ligne d'amenée (22) et une deuxième position permettant de mettre en communication fluidique la ligne d'amenée (22) et le conduit de vidange (25) .

Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication précédente, dans lequel le distributeur est apte à être piloté par une commande électrique ou pneumatique.

10. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon la revendication 8, dans lequel le distributeur est apte à être commandé par un arbre à came du moteur .

11. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système obturateur (24) peut obturer la ligne d'amenée (22), bloquant la communication entre celle-ci et la source (30) ou le canal d'admission

(5b) .

12. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le conduit de stratification (21) débouche dans un espace confiné (7b) de la bougie d'allumage (7), en amont des électrodes protubérantes (7a).

13. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le conduit de stratification (21), le clapet anti-retour (23), la ligne d'amenée (22) et le système obturateur (24) sont intégrés dans une culasse (1) du moteur.

14. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel le conduit de stratification (21), le clapet anti-retour (23) et tout ou partie de la ligne d'amenée (22) sont intégrés dans la bougie d'allumage (7) .

15. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le volume intérieur du conduit de stratification (21) est au moins deux fois plus petit que le volume intérieur de la ligne d'amenée (22) .

16. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la section de passage du système obturateur (24) entre la source (30) et la ligne d'amenée (22) et/ou la section de la ligne d'amenée (22) définissent le débit d'écoulement de la charge dans la chambre de combustion ( 4 ) .

17. Dispositif d'injection (20) d'une charge dans une chambre de combustion (4) selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel la section de passage du clapet anti-retour (23) définit le débit d'écoulement de la charge dans la chambre de combustion (4) . 18. Procédé d'injection d'une charge dans une chambre de combustion (4) d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé, dont le cycle à quatre temps comporte des phases d'admission, de compression, de détente et d'échappement, utilisant le dispositif (20) selon l'une des revendications précédentes ; le procédé comprenant la séquence d'étapes suivantes :

• Commander le système obturateur (24) pour mettre en communication la ligne d'amenée (22) et la source (30), pendant une partie au moins de la phase de compression, avant que la pression dans la chambre de combustion (4) n'excède la pression déterminée, et pour obturer la communication au plus tard pendant la phase de détente, avant que la pression dans la chambre de combustion (4) ne soit inférieure à la pression déterminée ;

· Commander le système obturateur (24) pour mettre en communication la ligne d'amenée (22) et le canal d'admission (5b) au moins pendant la phase de détente avant que la pression dans la chambre de combustion (4) ne soit inférieure à la pression déterminée, et pour obturer la communication au plus tard au moment de la mise en communication de la ligne d'amenée (22) avec la source (30) .

Description:
DISPOSITIF ET PROCEDE D'INJECTION D'UNE CHARGE DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET A ALLUMAGE

COMMANDE

DOMAINE DE L' INVENTION

La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'injection d'une charge dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION Dans un moteur à combustion interne et à allumage commandé, la combustion d'un mélange air-essence est provoquée par une étincelle au niveau des électrodes d'une bougie d' allumage . On connaît par exemple de FR2259982, de FR2304779, de

US4248189 ou de US4864989 des solutions cherchant à former une zone riche en hydrocarbures à proximité des électrodes de la bougie. Le reste de la chambre de combustion, et notamment le volume situé le long de ses parois, est empli d'un mélange pauvre ou dilué, avec de l'air ou des gaz de combustion recirculés. On parle alors de charge « stratifiée ». Le front de flamme qui se forme au moment de l'allumage au niveau de la charge se propage au mélange dilué de la chambre de combustion .

Dans le cadre de la présente demande, on désignera par le terme « charge », une quantité déterminée d'un fluide gazeux comprenant un mélange comburant-carburant, dans lequel la proportion de carburant excède sa proportion stœchiométrique . Typiquement, et pour des raisons de rendement énergétique du système, la charge de stratification représente de 1 à 10% du volume de mélange admis dans la chambre de combustion . En confinant de la sorte la charge dans la chambre de combustion à l'aide du mélange dilué, on limite les pertes par conduction thermique dans la chemise du cylindre de l'énergie de combustion. Et on peut ainsi baisser la consommation en carburant du moteur. Une des difficultés de cette approche est de garantir que la charge, qui une fois introduite se trouve balayée par les flux aérodynamiques régnant dans la chambre de combustion, est bien située à proximité du point d'étincelle au moment précis de l'allumage de la bougie, pour toute la plage de fonctionnement du moteur.

Pour pallier cette difficulté, certaines solutions connues (par exemple selon les documents US5081969 ou EP2372135) prévoient de placer la charge, introduite à proximité des électrodes de la bougie pendant la phase d'admission, dans une préchambre, en communication avec la chambre de combustion et dont les parois permettent d'éviter sa dispersion avant l'allumage, notamment au cours de la phase de compression. D'autres solutions connues prévoient d'injecter, pendant la phase de compression, le carburant sous forme liquide dans une zone confinée à proximité des électrodes de la bougie pour former la charge, par dispersion du carburant dans le fluide résidant dans la zone confinée. Ces solutions présentent toutefois comme inconvénient de piéger les gaz brûlés dans la préchambre ou la zone confinée, ce qui est source de problèmes d' initiation de la combustion au cours des cycles suivants. D'autres solutions (par exemple selon le document

FR2986564) prévoient d'utiliser un injecteur dédié à la stratification (et dénommé injecteur de stratification dans la suite de cette demande) pour introduire la charge à proximité des électrodes de la bougie, en fin de phase de compression, juste avant l'allumage. La charge peut être injectée dans la chambre de combustion ou dans une préchambre contenant lesdites électrodes. Pour permettre cette introduction, la charge présente généralement une pression élevée qui peut être comprise entre 10 et 50 bars. La charge introduite expulse les gaz brûlés de la zone confinée et prévient ainsi les inconvénients précités. Toutefois, l'introduction d'un mélange comprenant du carburant/comburant sous forme gazeuse par l'intermédiaire d'un injecteur nécessite un débit volumique instantané bien plus élevé que dans le cas de l'introduction du carburant seul. Il en résulte qu'un injecteur de stratification présente une section de passage important, des moyens d'obturation lourds, et donc des systèmes d' actionnement de ces moyens plus puissants qu'un injecteur de carburant simple, à dynamique d'ouverture et de fermeture équivalent. En d'autres termes, un injecteur de stratification est plus encombrant qu'un injecteur de carburant simple. En conséquence, et pour des raisons de place disponible dans la culasse, il n'est généralement pas possible de faire directement déboucher l'extrémité de l' injecteur de stratification (formé d'un moyen d'obturation commandé) au niveau des électrodes de la bougie.

Certaines solutions connues, pour contourner ce problème d'accessibilité, proposent d'intégrer dans un unique dispositif, la bougie et une partie au moins de l' injecteur de stratification. Ces solutions sont toutefois difficiles à mettre en œuvre, car elles nécessitent d'accommoder des contraintes fortes d' isolation électrique et d' isolation thermique .

Il est donc généralement nécessaire de prévoir un conduit intermédiaire entre l'extrémité de l' injecteur de stratification et une zone proche des électrodes, afin d'amener la charge sous pression à l'emplacement désiré dans la chambre de combustion. Lors du fonctionnement du moteur, le mélange sous pression qui réside dans le conduit intermédiaire n'est pas brûlé au cours de la phase de combustion. Lorsque la pression dans la chambre de combustion chute, notamment lors de la phase de détente, ce mélange résiduel se détend dans la chambre de combustion. Une quantité non négligeable d'hydrocarbures s'introduit alors dans la chambre et est évacuée avec les gaz brûlés lors de la phase d'échappement. Cette quantité d'hydrocarbures est d'autant plus importante que la pression d'injection de la charge est élevée.

Ce phénomène conduit à rejeter une quantité d'hydrocarbures dans le collecteur d'échappement du moteur, et dans les gaz d'échappement du véhicule équipé d'un tel moteur. Ces hydrocarbures peuvent former une substance toxique dont l'émission par un véhicule est scrupuleusement normée et contrôlée, et qu'il est bien entendu nécessaire de limiter, voire d'éliminer.

OBJET DE L' INVENTION

La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients précités. La présente invention en particulier pour objet un dispositif d'injection d'une charge dans une chambre de combustion et un procédé d'injection associé.

BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION

L'invention concerne un dispositif d'injection d'une charge dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé, le dispositif comprenant :

· Un conduit de stratification communiquant avec la chambre de combustion à proximité d'électrodes d'une bougie d' allumage ;

• Une ligne d'amenée d'un fluide entre le conduit de stratification et une source présentant une pression déterminée ;

Le dispositif est remarquable en ce qu' il comprend :

• Un clapet anti-retour entre la ligne d'amenée et le conduit de stratification, pour permettre l'écoulement du fluide de la source à la chambre de combustion, et ainsi y injecter la charge, uniquement lorsque la pression dans la ligne d'amenée est supérieure à la pression dans le conduit de stratification ;

• Un système obturateur pour mettre en communication fluidique la ligne d'amenée sélectivement :

• avec la source de fluide pour injecter la charge,

• ou avec un canal d'admission du moteur pour faire chuter la pression dans la ligne d'amenée en-dessous de la pression dans le conduit de stratification.

L'utilisation d'un clapet anti-retour permet une intégration du dispositif d'injection au plus près de l'extrémité de la bougie d'allumage, du fait de la simplicité de ce composant et de son encombrement réduit à débit équivalent, par rapport à un injecteur de stratification. La longueur et le volume du conduit de stratification entre le clapet anti-retour et la chambre de combustion sont ainsi significativement réduits, ce qui diminue drastiquement la quantité d'hydrocarbures susceptible de s'introduire dans la chambre de combustion après l'allumage de la bougie et susceptible d'être évacuée avec les gaz brûlés lors de la phase d'échappement du moteur.

Le système obturateur permet de gérer la pression de fluide dans la ligne d'amenée pour assurer que le clapet anti ¬ retour injecte la charge, du fait de la mise en communication fluidique de la ligne d'amenée avec la source à haute pression. Par ailleurs, pour empêcher que le fluide stocké dans la ligne d'amenée ne s'écoule dans la chambre de combustion au travers du clapet lors de la phase de détente, le système obturateur permet de faire rapidement chuter la pression dans la ligne d'amenée par la mise en communication fluidique de la ligne d'amenée avec le canal d'admission. Il permet ainsi de gérer la pression de fluide dans la ligne d'amenée pour assurer que le clapet anti-retour reste fermé pendant les phases de détente et/ou d'échappement, évitant l'injection de charge dans le conduit de stratification pendant ces phases.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le dispositif d'injection d'une charge dans une chambre de combustion comprend un conduit de vidange débouchant dans le canal d'admission, que le système obturateur est apte à mettre en communication avec la ligne d'amenée ; la ligne d'amenée comporte deux branches et le système obturateur comporte deux actionneurs pilotés séparément, un premier actionneur étant situé entre une première branche de la ligne d'amenée et la source, et un deuxième actionneur étant situé entre une deuxième branche de la ligne d'amenée et le conduit de vidange ; chaque actionneur est composé d'un boisseau rotatif ; chaque boisseau est apte à être entraîné par un arbre à came du moteur ; chaque actionneur est composé d'une électrovanne ; chaque électrovanne est apte à être pilotée par un calculateur ;

• le système obturateur comporte un distributeur à deux positions et à trois orifices connectés respectivement à la source, à la ligne d'amenée et au conduit de vidange, une première position permettant de mettre en communication fluidique la source et la ligne d'amenée et une deuxième position permettant de mettre en communication fluidique la ligne d'amenée et le conduit de vidange ; • le distributeur est apte à être piloté par une commande électrique ou pneumatique ;

• le distributeur est apte à être commandé par un arbre à came du moteur ;

• le système obturateur peut obturer la ligne d'amenée, bloquant la communication entre celle-ci et la source ou le canal d'admission ;

• le conduit de stratification débouche dans un espace confiné de la bougie d'allumage, en amont des électrodes ;

• le conduit de stratification, le clapet anti-retour, la ligne d'amenée et le système obturateur sont intégrés dans une culasse du moteur ;

• le conduit de stratification, le clapet anti-retour et tout ou partie de la ligne d'amenée sont intégrés dans la bougie d'allumage ;

• le volume intérieur du conduit de stratification est au moins deux fois plus petit que le volume intérieur de la ligne d'amenée ;

• la section de passage du système obturateur entre la source et la ligne d'amenée et/ou la section de la ligne d'amenée définissent le débit d'écoulement de la charge dans la chambre de combustion ;

• la section de passage du clapet anti-retour définit le débit d'écoulement de la charge dans la chambre de combustion .

L'invention concerne également un procédé d'injection 'une charge dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé, dont le cycle à quatre temps comporte des phases d'admission, de compression, de détente et d'échappement, utilisant le dispositif tel que ci-dessus .

Le procédé comprend la séquence d'étapes suivantes :

• Commander le système obturateur pour mettre en communication la ligne d'amenée et la source, pendant une partie au moins de la phase de compression, avant que la pression dans la chambre de combustion n'excède la pression déterminée, et pour obturer la communication au plus tard pendant la phase de détente, avant que la pression dans la chambre de combustion ne soit inférieure à la pression déterminée ;

• Commander le système obturateur pour mettre en communication la ligne d'amenée et le canal d'admission au moins pendant la phase de détente avant que la pression dans la chambre de combustion ne soit inférieure à la pression déterminée, et pour obturer la communication au plus tard au moment de la mise en communication de la ligne d'amenée avec la source.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : les figures la et lb représentent un dispositif d'injection d'une charge dans une chambre de combustion conforme à l'invention ;

les figures 2a et 2b représentent un procédé d'injection d'une charge conforme à l'invention ;

la figure 3a représente un diagramme d'état du système obturateur du dispositif d'injection selon un mode de réalisation de l'invention, au cours des différentes phases d'un cycle moteur. la figure 3b représente un diagramme d'état du système obturateur du dispositif d'injection selon un autre mode de réalisation de l'invention, au cours des différentes phases d'un cycle moteur.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION Comme bien connu par l'homme du métier, et en référence à la figure la, un moteur à combustion interne et à allumage commandé transforme l'énergie potentielle stockée dans un carburant, en énergie mécanique grâce à la combustion très rapide d'un mélange carburant/comburant intervenant dans la chambre de combustion 4 du moteur. Le piston 3 coulisse dans le cylindre 2 en un mouvement rectiligne alternatif au cours des quatre phases d'un cycle moteur ; ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle (3b) reliant le piston 3 au vilebrequin (non représenté) . Il est d'usage de décrire temporellement les quatre phases d'un cycle moteur en fonction de l'angle que forme un axe longitudinal du vilebrequin avec l'axe principal du cylindre moteur :

• la phase d'admission s'opère d'un angle nul (correspondant au point mort haut du piston 3 dans le cylindre 2) à un angle de 180°,

• la phase suivante de compression s'opère d'un angle de 180° (correspondant au point mort bas du piston 3 dans le cylindre 2) à un angle de 360°,

• la phase de détente s'opère d'un angle de 360° (correspondant de nouveau au point haut du piston 3 dans le cylindre 2) à un angle de 540°,

• et la phase d'échappement s'opère d'un angle de 540° (correspondant de nouveau au point bas du piston 3 dans le cylindre 2) à un angle de 720°,

Ces différentes positions angulaires du vilebrequin seront utilisées dans la suite de la description pour décrire le dispositif d'injection 20 et le procédé d'injection selon 1 ' invention . Le dispositif d'injection 20 est destiné à injecter une charge dans la chambre de combustion 4 d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé. Comme on l'a exposé en introduction, on entend par « charge » une quantité déterminée d'un fluide gazeux formé d'un mélange comprenant du comburant-carburant, dans lequel la proportion de carburant excède sa proportion stœchiométrique .

Comme illustré sur les figures la et lb, le dispositif d'injection 20 est situé à proximité de la bougie d'allumage 7 intégrée dans la culasse 1 fermant le cylindre 2 du moteur.

Il comprend un conduit de stratification 21 communiquant avec la chambre de combustion 4, et débouchant à proximité d'électrodes de la bougie d'allumage 7 ; à titre d'exemple, des électrodes protubérantes 7a sont illustrées sur les figures. Avantageusement, le conduit de stratification 21 débouche dans un espace confiné 7b à l'intérieur de la bougie d'allumage 7, en amont des électrodes 7a (figure lb) . Ce confinement favorise le maintien de la charge à proximité des électrodes 7a de la bougie 7, évitant que la charge ne soit balayée par les flux aérodynamiques régnant dans la chambre de combustion 4 entre le moment de son introduction dans la chambre 4 et l'instant d'allumage de la bougie 7.

Alternativement, le conduit de stratification 21 peut communiquer avec une préchambre dans laquelle sont situées les électrodes de la bougie d'allumage 7, la préchambre étant en communication avec la chambre de combustion 4. Le dispositif d'injection 20 comprend également une ligne d'amenée 22 apte à établir une communication fluidique avec une source 30 (non représentée) . La source 30 contient un mélange gazeux comprenant du comburant/carburant, appelé fluide par la suite, présentant une pression déterminée. La pression déterminée est choisie pour être supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion 4 au cours de la phase d'admission. Ledit fluide constitue le mélange gazeux riche, comprenant du carburant/comburant et destiné à former la charge injectée à proximité des électrodes 7a de la bougie.

Comme illustré sur la figure la, la ligne d'amenée 22 est située en amont du conduit de stratification 21.

Le dispositif d'injection 20 comprend en outre un clapet anti-retour 23 reliant la ligne d'amenée 22 et le conduit de stratification 21. Ce clapet 23 permet l'écoulement du fluide, de la source 30 à la chambre de combustion 4, uniquement lorsque la pression dans la ligne d'amenée 22 est supérieure à la pression dans le conduit de stratification 21.

Différents types de clapets anti-retour peuvent être utilisés. A titre d'exemple, et comme illustré sur la figure lb, le clapet 23 pourra être un clapet anti-retour à bille : une bille libre assure la fermeture du clapet 23 par contact sur un siège conique lorsque la pression du fluide dans le conduit de stratification 21 est supérieure à la pression du fluide dans la ligne d'amenée 22, empêchant ainsi la circulation de fluide du conduit de stratification 21 vers la ligne d'amenée 22. La présence d'un ressort dans le clapet à bille maintient le clapet anti-retour 23 fermé tant que la différence de pression entre la ligne d'amenée 22 et le conduit de stratification 22 est inférieure à une différence de pression seuil. Lorsque la pression du fluide dans la ligne d'amenée 22 est suffisamment supérieure à la pression dans le conduit de stratification 21, c'est-à-dire permettant d'être au-delà de la différence de pression seuil, la bille est repoussée hors du siège conique, autorisant ainsi la circulation du fluide vers l'aval, c'est-à-dire de la ligne d'amenée 22 vers le conduit de stratification 21.

A débit équivalent, le clapet 23 peut présenter une taille significativement réduite par rapport à un injecteur de stratification : le clapet 23 peut ainsi être positionné à une très faible distance des électrodes 7a de la bougie 7. Le conduit de stratification 21 présente une longueur et un volume fortement réduits, limitant par conséquent la quantité d'hydrocarbures sous pression qui peut résider dans le conduit 21, susceptible de s'introduire dans la chambre de combustion 4 après l'allumage de la bougie 7, et d'être évacuée avec les gaz brûlés lors de la phase d'échappement du moteur.

Le conduit de stratification 21 est significativement plus court que la ligne d'amenée 22. Avantageusement, le volume intérieur du conduit de stratification 21 est au moins deux fois plus petit que le volume intérieur de la ligne d' amenée 22.

Le dispositif d'injection 20 comprend également un système obturateur 24 pour mettre en communication fluidique la ligne d'amenée 22 sélectivement avec la source 30 ou avec un canal d'admission 5b du moteur.

Le système obturateur 24 permet de gérer la pression de fluide dans la ligne d'amenée 22. Il assure, d'une part, la mise en communication de la source 30 avec la ligne d'amenée 22 (figure 2a) : la pression dans la ligne d'amenée 22 est alors équivalente à la pression déterminée de la source 30. Si la pression déterminée est supérieure à la pression dans la chambre de combustion 4, le clapet anti-retour 23 s'ouvre et le fluide s'écoule dans le conduit de stratification 21, le conduit de stratification 21 communiquant avec une partie supérieure de la chambre de combustion 4. On injecte de la sorte une charge, comprenant une quantité de fluide déterminée par la durée d'ouverture du clapet 23, à proximité des électrodes 7a de la bougie 7.

Le système obturateur 24 assure, d'autre part, la mise en communication du canal d'admission 5b et de la ligne d'amenée 22 (figure 2b) : la chute de la pression dans cette dernière en-dessous de la pression régnant dans la chambre de combustion 4 permet de fermer le clapet anti-retour 23 pendant tout ou partie de certaines phases du moteur.

Cet arrangement du dispositif d'injection 20 permet de fonctionner selon deux modes différents : soit on utilise un système obturateur rapide qui va déterminer le début et la fin de la période d'injection de la charge dans la chambre de combustion 4, soit on utilise un obturateur lent qui va déclencher le début de l'injection, la fin de l'injection étant régie par le clapet 23 qui se fermera dès que la pression dans la chambre de combustion 4 aura excédé la pression dans la ligne d'amenée 22.

Quel que soit le mode de pilotage utilisé, pour empêcher que le fluide stocké dans la ligne d'amenée 22 ne s'écoule dans la chambre de combustion 4 au travers du clapet

23 lors de la phase de détente, le système obturateur 24 permet de faire rapidement chuter la pression dans la ligne d'amenée 22 par la mise en communication fluidique de la ligne d'amenée 22 avec le canal d'admission 25. Il permet ainsi de gérer la pression de fluide dans la ligne d'amenée 22 pour assurer que le clapet anti-retour 23 se ferme pendant les phases de détente et/ou d'échappement, évitant l'injection de fluide dans le conduit de stratification 21 pendant ces phases .

Avantageusement, le dispositif d'injection 20 comprend également un conduit de vidange 25 qui débouche dans le canal d'admission 5b : le système obturateur 24 est alors configuré pour permettre ou obturer la communication entre la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25.

Selon un premier mode de réalisation du système obturateur 24 illustré sur la figure la, la ligne d'amenée 22 comporte deux branches et le système obturateur 24 comporte deux actionneurs 24a, 24b pilotés séparément : un premier actionneur 24a est situé entre une première branche de la ligne d'amenée 22 et la source 30, et un deuxième actionneur 24b est situé entre une deuxième branche de la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25. Chaque actionneur 24a, 24b possède une position ouverte, pour établir la communication fluidique, et une position fermée, pour bloquer la communication. Dans cette configuration de système obturateur

24 à deux actionneurs 24a, 24b indépendants, il est possible d'obturer la ligne d'amenée 22, c'est-à-dire de bloquer toute communication entre celle-ci et la source 30 ou le canal d'admission 5b.

A titre d'exemple, chaque actionneur 24a, 24b pourra consister en un boisseau rotatif, configuré pour être entraîné par l'arbre à came du moteur. Alternativement, chaque actionneur pourra consister en une électrovanne, apte à être pilotée par un calculateur. Selon un deuxième mode de réalisation du système obturateur 24, ce dernier comporte un distributeur (appelé par la suite distributeur 3/2) à deux positions et à trois orifices connectés respectivement à la source 30, à la ligne d'amenée 22 et au conduit de vidange 25. Une première position permet de mettre en communication fluidique la source 30 et la ligne d'amenée 22, en maintenant le conduit de vidange 25 obturé. Une seconde position permet de mettre en communication fluidique la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25, en maintenant la source 30 obturée.

Le distributeur 3/2 pourra être piloté par une commande soit électrique, soit pneumatique, soit mécanique. En particulier dans ce dernier cas, le distributeur 3/2 pourra passer d'une position à l'autre par entraînement par l'arbre à came du moteur.

Selon un mode de mise en œuvre avantageux de l'invention, le dispositif d'injection 20 est intégré dans la culasse 1 fermant le cylindre 2 du moteur, comme illustré sur la figure la.

Selon une variante, le conduit de stratification 21, le clapet anti-retour 23 et tout ou partie de la ligne d'amenée 22 sont intégrés dans la bougie d'allumage 7.

Dans le dispositif d'injection 20 selon l'invention, la quantité de fluide formant la charge injectée dans la chambre de combustion 4 dépend du débit d'écoulement du fluide à la sortie du conduit de stratification 21.

Selon une première variante, ce débit d'écoulement du fluide peut être défini par la section de passage du système obturateur 24 entre la source 30 et la ligne d'amenée 22 et/ou par la section de la ligne d'amenée 22. Cela signifie que la section de passage 23a du clapet 23 et la section du conduit de stratification 21 sont plus importantes que celles du système obturateur 24 et/ou de la ligne d'amenée 22, ces dernières (ensemble ou séparément) étant les éléments limitant et donc déterminant l'écoulement. Une telle configuration présente l'avantage de limiter les vitesses d'expulsion du fluide dans la chambre de combustion et, en conséquence, d'obtenir un balayage plus efficace de la charge. Par balayage, on entend le fait de chasser un volume de gaz avec le mélange gazeux (charge) injecté, sans le mélanger avec le gaz chassé : l'efficacité du balayage permet de conserver, à proximité des électrodes 7a de la bougie 7, un mélange comburant/carburant riche.

Selon une deuxième variante, le débit d'écoulement du fluide peut être défini par la section de passage 23a du clapet 23. La section de passage du système obturateur 24 et la section de la ligne d'amenée 22 et du conduit de stratification 21 sont plus importantes que la section de passage 23a du clapet 23, cette dernière étant l'élément limitant et donc déterminant l'écoulement. Une telle configuration présente l'avantage d'optimiser les dimensions dans l'environnement de la bougie 7.

La deuxième variante pourra être préférée à la première pour sa plus grande précision d'injection, dans la première variante, l'inertie liée à la longueur de la ligne d'amenée 22 pouvant induire une plus grande variabilité sur le dimensionnement (quantité de fluide) de la charge.

L'invention concerne également un procédé d'injection d'une charge dans la chambre de combustion 4 d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé, utilisant le dispositif d'injection 20 précédemment décrit.

Le procédé d'injection va être décrit en référence aux figures 3a et 3b. Sur le graphe de chacune de ces figures, l'axe des abscisses présente les quatre temps du cycle moteur : admission, compression, détente et échappement ; l'axe des abscisses comporte également les positions angulaires correspondantes du vilebrequin de 0 à 720°. Pour chaque position angulaire à 180°, il est également indiqué la position du piston dans le cylindre du moteur : PMH pour « point mort haut » et PMB pour « point mort bas ». L'axe des ordonnées présente la pression : la courbe en trait plein, référencée CC, schématise la pression dans la chambre de combustion 4 au cours des quatre temps du cycle moteur et la courbe en trait pointillé, référencée LA, illustre la pression dans la ligne d'amenée 22 du dispositif d'injection 20. La pression référencée P de t sur les figures 3a et 3b est la pression déterminée du fluide dans la source 30. Typiquement, la pression déterminée Pdet pourra être comprise entre 10 et 50 bars.

Sous les graphes, les figures 3a et 3b présentent également des chronogrammes illustrant l'état du système obturateur 24 : le chronogramme référencé « Com30/22 » décrit l'état ouvert (0) ou fermé (F) de la communication entre la source 30 et la ligne d'amenée 22 ; le chronogramme référencé « Com22/25 » décrit l'état ouvert (0) ou fermé (F) de la communication entre la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25.

La figure 3a illustre un procédé d'injection conforme à l'invention utilisant un dispositif d'injection 20 selon le premier mode de réalisation, c'est-à-dire dont le système obturateur 24 comprend deux actionneurs indépendants 24a, 24b. La figure 3b illustre un procédé d'injection conforme à l'invention utilisant un dispositif d'injection 20 selon le deuxième mode de réalisation, c'est-à-dire dont le système obturateur 24 comprend un distributeur 3/2.

Le procédé d'injection comprend une première étape qui consiste à commander le système obturateur 24 pour mettre en communication la ligne d'amenée 22 et la source 30, pendant une partie au moins de la phase de compression, avant que la pression dans la chambre de combustion n'excède la pression déterminée P de t ·

Le chronogramme Com30/22 indique le passage à l'état ouvert du système obturateur 24 (en particulier de l'actionneur 24a dans le premier mode de réalisation, figure 3a) mettant en communication la ligne d'amenée 22 et la source 30, par exemple autour de la position angulaire 240° de la phase de compression. La pression dans la ligne d'amenée 22 augmente alors jusqu'à atteindre la pression déterminée P d et de la source 30. La courbe illustrant la pression dans la ligne d'amenée 22 passe d'abord par un point A (figures 3a, 3b), au- delà duquel la pression dans la ligne d'amenée 22 est supérieure à la pression dans la chambre de combustion 4. A partir de ce point A, le clapet anti-retour 23 s'ouvre et permet l'écoulement du fluide de la ligne d'amenée 22 vers le conduit de stratification 21. Comme la pression dans la chambre de combustion 4 augmente au cours de la phase de compression, elle va dépasser, au bout d'un certain temps, la pression déterminée P d et : c'est le point B sur les figures 3a, 3b. Au-delà de ce point B, le clapet 23 va se fermer, la pression dans le conduit de stratification 21 (en communication avec la chambre de combustion 4) étant supérieure à la pression dans la ligne d'amenée 22. La charge est ainsi injectée pendant l'intervalle de temps séparant les points A et B.

Selon le procédé de l'invention, la quantité de fluide formant la charge injectée est donc définie, d'une part, par le débit de fluide en sortie du conduit de stratification 21 (comme évoqué précédemment) et d'autre part, par l'intervalle de temps séparant les points A et B. L'intervalle de temps est essentiellement déterminé par l'ouverture du système obturateur 24 (en particulier, de l'actionneur 24a dans le premier mode de réalisation, figure 3a) entre la source 30 et la ligne d'amenée 22. Une ouverture plus ou moins tardive pendant la phase de compression donnera lieu à un intervalle de temps plus ou moins court. Un avantage de l'invention est que des temps très courts d'injection de charge peuvent être mis en œuvre, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un système obturateur rapide (c'est-à-dire apte à passer rapidement d'une position ouverte à une position fermée, et vice-versa) , la fermeture du clapet 23 au croisement des courbes de pression (point B) assurant l'arrêt de l'injection de charge.

En fin de phase de compression, l'allumage de la bougie 7 (point C) provoque la combustion dans la chambre de combustion 4 qui voit sa pression d'abord augmenter, puis diminuer au cours de la phase suivante de détente. A partir du point D, illustré sur les figures 3a et 3b, la pression dans la chambre de combustion 4 passant en-dessous de la pression déterminée P detr le clapet anti-retour 23 pourrait s'ouvrir et permettre l'écoulement du fluide de la ligne d'amenée 22 vers le conduit de stratification 21, si la pression dans la ligne d'amenée restait à Pdet · H est donc impératif de faire chuter la pression dans la ligne d'amenée 22 pour éviter toute injection de charge dans la chambre de combustion 4, pendant les phases de détente et d'échappement.

Pour cela, le procédé d'injection selon l'invention prévoit les deuxièmes et troisièmes étapes suivantes.

La deuxième étape consiste à commander le système obturateur 24 (en particulier l'actionneur 24a dans le premier mode de réalisation, figure 3a) pour obturer la communication entre la ligne d'amenée 22 et la source 30, au plus tard pendant la phase de détente, avant que la pression dans la chambre de combustion 4 ne soit inférieure à la pression déterminée P de t ·

Le chronogramme Com30/22 montre le passage de l'état ouvert à l'état fermé du système obturateur 24, bloquant la communication entre la ligne d'amenée 22 et la source 30, par exemple à la fin de la phase de compression (autour de la position angulaire 360°) . Toute communication avec la ligne d'amenée 22 étant bloquée, la pression dans la ligne d'amenée 22 est sensiblement à la pression déterminée Pdet de la source 30. La troisième étape consiste à commander le système obturateur 24 (en particulier l'actionneur 24b dans le premier mode de réalisation, figure 3a) pour mettre en communication la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25 (et donc le canal d'admission 5b), au moins pendant la phase de détente avant que la pression dans la chambre de combustion 4 ne soit inférieure à la pression déterminée Pdet ·

Le chronogramme Com22/25 montre le passage de l'état fermé à l'état ouvert du système obturateur 24 (en particulier de l'actionneur 24a dans le premier mode de réalisation, figure 3a), mettant en communication la ligne d'amenée 22 avec le conduit de vidange 25, par exemple entre la position angulaire 360° et 420°, au début de la phase de détente (figure 3a) . La pression dans la ligne d'amenée 22 décroit alors, restant inférieure à la pression dans la chambre de combustion 4 et assurant ainsi que le clapet 23 reste fermé, interdisant le passage du mélange riche (fluide) vers la chambre de combustion 4, pendant la phase de détente et les phases suivantes d'échappement et d'admission.

Notons que dans le cas d'un système obturateur 24 avec distributeur 3/2 (illustré en figure 3b), les deuxième et troisième étapes sont simultanées puisqu'on passe d'une première position établissant la communication entre la source 30 et la ligne d'amenée 22 à une deuxième position établissant la communication entre la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25.

Le procédé d'injection comprend également une quatrième étape consistant à commander le système obturateur 24 (en particulier l'actionneur 24b dans le premier mode de réalisation, figure 3a) pour obturer la communication entre la ligne d'amenée 22 et le canal d'admission 4b (ou le conduit de vidange 25) , au plus tard au moment de la mise en communication de la ligne d'amenée 22 avec la source 30.

Le chronogramme Com22/25 de la figure 3a montre le passage de l'état ouvert à l'état fermé du système obturateur 24 (précisément de l'actionneur 24b), bloquant la communication entre la ligne d'amenée 22 et le canal d'admission 4b, par exemple au cours de la phase d'admission. La fermeture de l'actionneur 24b aurait pu intervenir plus tard, en particulier au cours de la phase de compression, au plus tard au moment de l'ouverture de l'actionneur 24a (chronogramme Comm30/22) . Le fait de pouvoir fermer l'actionneur 24b indifféremment pendant la phase d'échappement, pendant la phase d'admission ou en début de phase de compression autorise une grande liberté en terme de rapidité de commutation de l'actionneur 24b. Ici encore, un actionneur dit « lent » pourra être utilisé sans que cela n'affecte les performances d'injection de la charge, ce qui constitue un avantage important de la solution selon la présente invention. Dans le cas d'un système obturateur 24 avec distributeur 3/2 (illustré en figure 3b), la quatrième étape et la première étape précédemment décrite sont simultanées puisqu'on passe d'une deuxième position établissant la communication entre la ligne d'amenée 22 et le conduit de vidange 25 à une première position établissant la communication entre la source 30 et la ligne d'amenée 22.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.