FR2551799A1 - Moteur a combustion interne a turbocompresseur avec injection d'eau - Google Patents

Moteur a combustion interne a turbocompresseur avec injection d'eau Download PDF

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Abstract

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET A TURBOCOMPRESSEUR COMPRENANT DES MOYENS POUR ALIMENTER EN EAU LA CHAMBRE DE COMBUSTION DU MOTEUR, CARACTERISE EN CE QUE CES MOYENS CONSISTENT EN DES VANNES D'INJECTION 8 ASSOCIEES A CHAQUE CYLINDRE, MONTEES ENTRE L'ORIFICE D'ENTREE 3 DU CYLINDRE ET LA VANNE 6 D'INJECTION DE CARBURANT DANS CE CYLINDRE, DE FACON QUE LA PLUS GRANDE PARTIE DU JET D'EAU PENETRE DIRECTEMENT DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION; L'INJECTION D'EAU PAR LES VANNES 8 EN SYNCHRONISATION AVEC L'OUVERTURE ET LA FERMETURE DES SOUPAPES 4 EST COMMANDEE PAR UN SYSTEME ELECTRONIQUE.

Description

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La présente invention a pour objet un moteur à combustion interne pourvu d'un turbo-compresseur, et comprenant un dispositif d'alimentation en eau de la
chambre de combustion du moteur.
On connait depuis longtemps le procédé consistant à alimenter en eau les chambres de combustion de moteurs à combustion interne, afin de baisser la température des gaz d'échappement et de surmonter la tendance au cognement dans les moteurs à turbo-com10 presseurs, afin d'obtenir de cette manière une pression de charge supérieure et une puissance de sortie supérieure à celles qui seraient autrement possibles. Afin d'obtenir la puissance de sortie du 15 moteur la plus élevée possible, il est essentiel d'empêcher l'eau de se vaporiser avant qu'elle entre dans la chambre de combustion, car autrement la vapeur d'eau soustrairait de l'espace à l'air de combustion et diminuerait ainsi le rendement volumétrique avec 20 une diminution de puissance corrélative En outre, il
est important que le moteur reçoive la quantité appropriée de carburant et d'eau à la charge maximum.
L'introduction de quantités incorrectes de carburant ou d'eau a pour résultat de diminuer la puissance de 25 sortie, ou risquerait d'endommager le moteur.
Il est cependant désirable non seulement à la charge maximum mais dans toutes les conditions de fonctionnement,que le moteur puisse être alimenté avec la quantité appropriée d'eau, et que ceci soit rendu 30 possible en commandant le temps de mise en charge, c est-à-dire la période comprise entre le début le l'injection et le moment o la vanne d'entrée commence
à s'ouvrir.
On connait en fait trois procédés différents pour distribuer l'eau à la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, et qui ont tous leurs limitations quant à leur possibilité de satisfaire aux conditions ci-dessus Un procédé consiste à injecter de l'eau sur le côté aspiration du turbo-compresseur, 5 un second procédé consiste à exécuter l'injection sur la face de compression du compresseur devant la tubulure d'admission du moteur, tandis que selon un troisième procédé, on admet l'eau dans le carburant et on procède à l'injection par l'intermédiaire des 10 injecteurs de carburant Avec les deux premiers procédés, on ne peut éviter le risque d'un certain degré de vaporisation à l'extérieur des chambres de combustion De plus, la commande de la précharge est impossible Avec le troisième procédé, le dosage des 15 carburants est perturbé et il est difficile de réguler
les quantités d'eau fournies pour des charges variées.
En ce qui concerne la précharge, l'alimentation en eau
est liée dans ce cas à l'injection du carburant.
Dans tous les procédés connus, la pression 20 de charge est utilisée comme le paramètre unique de commande pour le dosage de l'eau: dans le premier procédé, par la pression de charge pressant l'eau directement à partir d'un réservoir jusqu'au compresseur, et dans les deux autres procédés par la pression 25 de charge commandant une pompe à eau qui pompe l'eau à partir d'un réservoir, soit à la tubulure entre le compresseur et le bloc d'entrée, soit au circuit d'alimentation en carburant L'injection du carburant commence normalement lorsque la pression de charge 30 s'élève au-dessus d'un niveau prédéterminé, et- continue jusqu'à ce que la pression diminue au-dessous de ce niveau Le dosage d'eau est de ce-fait adapté de façon que l'effet souhaité de refroidissement de l'eau soit obtenu à la puissance maximum du moteur, avec
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cependant la conséquence que le moteur va recevoir une trop grande quantité d'eau à des charges ou à des vitesses faibles, ce qui entraîne de médiocres résultats sur la route Ceci signifie que les procédés connus 5 pour injecter de l'eau ne conviennent pas à d'autres
buts que ceux concernant exclusivement la course.
Le but de l'invention est de réaliser un moteur à combustion interne du genre précité, permettant l'alimentation en eau sans perturber le circuit 10 de carburant ou sans dépendre de celui-ci, sans qu'une évaporation d'eau aie lieu à l'extérieur des chambres de combustion, et qui permet également de doser l'eau de manière précise dans toutes les conditions de la conduite. Suivant l'invention ce but est atteint par
le fait que le dispositif d'alimentation en eau comporte des moyens d'injection séparés pour chaque cylindre, ces moyens étant dirigés vers l'orifice d'entrée de chaque cylindre.
Ces moyens consistant en des vannes d'injection d'eau, l'agencement d'une telle vanne d'injection d'eau pour chaque cylindre permet de satisfaire à l'impératif d'un dosage extrêmement précis de l'eau, qui peut être adapté à toutes les conditions de 25 fonctionnement L'utilisation d'une unité de commande pour-la régulation des vannes d'injection et d'un certain nombre d'émetteurs de signaux reliés au moteur pour envoyer des signaux d'entrée à l'unité de commande représentant la position du vilebrequin, la vitesse 30 du moteur, sa charge et si nécesaire la température du gaz d'entrée, permettent de réaliser une injection séquentielle et une synchronisation avec l'ouverture et la fermeture des vannes d'entrée ainsi que le dosage de l'eau, non seulement en fonction de la charge mais aussi en fonction du nombre de tours par minute et de la température de l'air d'entrée, ce qui permet de bonnes performances sur la route dans toutes les
conditions de conduite.
L'invention sera décrite plus en détail ci-après en se référant à des exemples de réalisation illustrés au dessin annexé: la Fig 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un bloc de cylindre et d'une tubulure d'10 entrée de liaison; et la Fig 2 est un diagramme de principe d'un
dispositif d'injection d'eau.
A la Fig 1 on voit un bloc 1 de cylindre pourvu d'un conduit d'admission 2, d'un orifice 15 d'admission 3 et d'une soupape 4 Une tubulure
d'entrée 5 communique avec le bloc cylindre 1 et est munie d'un injecteur 6 de carburant disposé sur l'une des tubulures d'admission 7 qui débouche dans le conduit d'admission 2 Un injecteur d'eau 8 pour 20 chaque cylindre est monté dans le bloc cylindre 1.
L'injecteur d'eau peut être du même type que l'injecteur de carburant et est, comme illustré à la Fig 1, situé plus près de l'orifice d'entrée 3 que l'injecteur de carburant 6 L'injecteur d'eau 8 est de 25 plus dirigé de façon que son axe se trouve à l'intérieur de la périphérie de l'orifice d'entrée 3, de sorte que la plus grande partie de l'eau soit - injectée directement à l'int&rieur de la chambre de combustion. Les vannes 8 d'injection d'eau sont régulées par une unité de commande électronique 10 (Fig 2) qui calcule, trace ou guide les signaux d'entrée représentant la position du vilebrequin, la charge et le nombre de tours par minute, ainsi que le temps de démarrage de l'injection et la quantité d'eau à injecter
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pour chaque vitesse et pour,chaque charge du moteur.
La position du vilebrequin doit etre définie afin de déterminer la séquence d'injection entre les cylindres et pour synchroniser l'injection avec le 5 moment d'ouverture et de fermeture des vannes d'entrée, et cette position est obtenue à partir d'un capteur coordonné avec le distributeur 11 du système d'allumage, ce capteur étant représenté par la connection 12 de la Fig 2 La vitesse du moteur peut 10 également être obtenue à partir d'un capteur associé au distributeur précité et représenté par la liaison 13 En variante, les valeurs du nombre de tours par minute et de la position du vilebrequin peuvent être obtenues à partir d'un capteur à volant La valeur de 15 la charge est obtenue par un capteur de pression 14 sur la tubulure d'admission La référence 16 désigne une liaison allant jusqu'à une pompe à eau non représentée, tandis que 17 désigne une liaison allant
de l'unité de commande 10 à la vanne d'injection 8.
Le dispositif d'injection d'eau fait partie d'un système simplifié de turbo-compresseur commandé par calculateur du genre décrit dans la demande de brevet suédois n' 8101119-9, qui comporte, en plus des' capteurs mentionnés ci-dessus, un capteur 18 de pres25 sion de charge et un capteur 19 de cognement L'unité
de commande 10 comprend un micro-processeur qui est utilisé ici pour réguler l'injection d'eau, les valeurs du moment d'injection et de la quantité d'eau fonctions de la charge et du nombre de tours par mi30 nute étant mises en mémoire dans le micro-processeur.
A cet égard il est également possible de faire réguler la quantité d'eau par le signal provenant du capteur 19 de cognement et par le signal provenant du capteur
de la température du gaz d'entrée.
La combinaison d'un injecteur d'eau par cylindre, de l'injection séquentielle et du contrôle électronique de la quantité d'eau, permet de réaliser un système d'injection considérablement plus avanta5 geux que tout système conventionnel connu, en ce qui concerne ses possibilités de réglage pour l'adapter à
toutes les conditions de fonctionnement d'un moteur.
Durant des essais réalisés avec un véhicule automobile muni du moteur selon l'invention, le vé10 hicule a été conduit à une vitesse constante et à une
pression constante dans la tubulure d'admission au cours d'une des séquences d'essai, avec enregistrement de l'effort de traction et de la température des gaz de combustion Le moteur a d'abord tourné avec un 15 mélange de carburant ayant une teneur "normale" en CO.
Le mélange carburant/air a ensuite été appauvri jusqu'à ce qu'apparaissent des cognements prononcés, après quoi on a commencé l'injection d'eau et on l'a réglée de façon à faire disparaitre les cognements et 20 à diminuer la température des gaz d'échappement pour la ramener à son niveau d'origine On a alors découvert que 20 Z du carburant avait été remplacé par de l'eau sans aucune modification à la température des gaz d'échappement ou à la puissance de sortie On a de 25 plus établi qu'il serait possible d'obtenir à la sortie -du moteur en refroidissant à l'aide d'une injection d'eau une puissance supérieure à celle qu'on obtient par refroidissement à l'aide d'un
enrichissement supplémentaire du mélange.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1 Moteur à combustion interne et à turbocompreseur, comprenant des moyens pour alimenter en eau la chambre de combustion du moteur, caractérisé en 5 que lesdits moyens comprennent des moyens d'injection
( 8) séparés pour chaque cylindre, ces moyens ( 8) étant dirigés vers l'orifice d'entrée ( 3) de chaque cylindre.
2 Moteur selon la revendication 1, carac10 térisé en ce que les moyens d'injection sont constitués par des vannes d'injection ( 8), et en ce qu'il est prévu une unité ce commande ( 10) pour réguler séquentiellement les vannes d'injection ( 8) et pour synchroniser l'injection avec les moments d'ouverture 15 et de fermeture des soupapes d'entrée ( 4).
3 Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commande ( 10) est reliée à des capteurs ( 14,13) enregistrant la charge et la vitesse du moteur, cette unité de commande ( 10) déter20 minant l'alimentation en eau au moins en fonction de la charge et du nombre de tours par minute,
4 Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'unité de commande ( 10) est reliée à un capteur ( 20) enregistrant la température de l'air 25 d'entrée de façon à inclure la température comme paramètre de commande.
Moteur selon l'une des revendications 3
et 4, caractérisé en ce que l'unité de commande ( 10) est reliée à un capteur ( 19) de cognement susceptible 30 d'inclure le signal de cognement comme paramètre de commande.
6 Moteur selon l'une des revendications 2 à
, caractérisé en ce que chaque vanne d'injection ( 8) est dirigée de façon que la plus grande partie du jet d'eau soit injectée au droit de l'orifice d'entrée ( 3).
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7 Moteur selon l'une des revendications 2 à
6, caractérisé en ce que chaque cylindre est muni d'une vanne d'injection d'eau ( 8) et d'une vanne d'injection de carburant ( 6), la première de ces vannes 5 étant située plus près de l'orifice d'entrée ( 3) que
la seconde vanne.
8 Moteur selon l'une des revendications 2 à
7, caractérisé en ce que l'unité de commande ( 10) fonctionne électroniquement et comporte un micro-pro10 cesseur dans lequel les valeurs du temps d'injection
et de la quantité d'eau sont mises en mémoire comme fonctions de la charge et du nombre de tours par minute.
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