Brevet FR2010506A1 — publié le 19700220

La présente invention a trait à un moteur à combustion interne à pistons à quatre temps à compression d'air et à mélange des gaz brûlés avec l'air de combustion® Au fonctionnement de moteurs à combustion interne à pis»» 5 tons à quatre temps à compression d'air, alimentés en combustible à faible indice de cétane ou encore en combustible normal mais avec rapport de compression anormalement faible, il se produit comme on le sait en particulier dans le domaine des charges réduites, des difficultés d'allumage dues aux faibles valeurs des températures 10 régnant dans ces conditions. On sait pallier ces difficultés par addition à l'air de combustion aspiré, des gaz brûlés du moteur. L'effet bénéfique ainsi obtenu a deux causes. Il est déjà avantageux d'élever la température dans le cylindre en y ramenant des gag brûlés. Mais d'autre part le composant gaz brûlés du mélange 15 déclenche aussi des actions favorables au point de vue cinétique des réactions. Cependant la réalisation pratique du mélange représente un problème non encore parfaitement résolu. On s'est engagé à ce jour pour résoudre ce problème dans deux voies radicalement dif— 20 férente» l'une de l'autre,, L'une de ces voies consiste à étrangler le flux d'échappement, généralement au moyen d'un papillon et à compter sur le court intervalle durant lequel habituellement dans tout moteur du type initialement défini les temps d'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement se recouvrent, ainsi que sur 25 la surpression créée par l'étranglement du fait du papillon5dans le tuyau d'échappement par rapport au cylindre, pour qu'une partie des gaz brûlés, d'abord refoulés du cylindre revienne dans celui-ci». Mais ce mode de. renvoi des gaz brûlés présente quelques inconvénients notables. Il faut en effet d'une part, en raison de la brièw 30 veté de l'espace de temps dont on dispose normalement pour assurer ce renvoi, que, dans le domaine des charges réduites, le flux d'échappement soit très fortement étranglé, si l'on veut obtenir un effet sensible» Mais ce fort étranglement à l'échappement conduit obligatoirement à une consommation accrue du combustible. Il est 35 également fâcheux que les gaz brûlés renvoyés au cylindre durant le laps de temps de recouvrement des ouvertures de soupapes trouvent devant eux un espace relativement faible et remontent dans 1387 5 2 2010506 la tubulure d'admission en encrassant et en échauffant celle—ci« On pourrait sans-doute s'en tirer par une pression plus faible de retenue des gaz brûlés, si l'on allongeait le laps de temps de recouvrement des ouvertures de soupapes, mais il faudrait alors 5 admettre en contre-partie les quelques inconvénients qui résultent par principe d'un tel allongement dudit laps de temps de recouvrement» Il s'agit d'une part de l'obligation d'agrandir les poches de soupapes, mesure qui a généralement un effet défavorable sur la configuration de l'espace, de combustion et par conséquent 10 aussi sur la combustion. On court en plus le risque d'en arriver à un balayage négatif encore plus fort, c'est—à—dire à ce que davantage de gaz brûlés pénètrent dans la tubulure d'admission. La seconde, voie proposée,, pour résoudre le problème en question, consiste à amener les gaz brûlés du côté de l'aspiration du. moteur, ce qui 15 présente également de gros inconvénients. Il y a lieu de souligner tout, d'abord que la tubulure d'admission, en particulier dans le domaine des charges .réduites où l'addition de gaz .brûlés présente le plus d'intérêt, renferme alors un mélange d'air et de gaz brûlés, en sorte que dans le cas où l'on passe brusquement d'un régime 20 de charge réduite -à un régime à pleine charge, il y a quelques combustions qui se.font avec insuffisance d'air, en sorte que le moteur, présente une. certaine inertie. C'est dans le mêijie s.ens qu'agit aussi le fort échauffement de lat,tubulure d'admission qui se produit inévitablement en particulier dans le cas de fonction— 25 nement d?une certaine .durée à charge réduite. ..Enfin il est très fâcheux d'avoir à subir un fort encrassement de la tubulure d'admission ainsi que l'obligation d'isoler soigneusement contre les pertes par rayonnement tout le système de mélange des gaz qui peut comporter souvent une certaine longueur de canalisations, 30 La présente invention a essentiellement,pour objet de remédier aux défectuosités inhérentes aux. moteurs connus du type initialement défini comportant renvoi de, gaz brûlés au;: eylindres© A cette fin un moteur suivant 11 invention se caractérise par l'existence d'un court intervalle de temps, pendant le temps d3admission 35 du cylindre (ou des cylindres), de préférence vers la fin de ce temps d'admission, et durant lequel un renvoi de gaz brûlés se fait directement dans le cylindre (ou les cylindres). L'ouverture de ce BAD ORIGINAL 69 13875 3 2010506 court intervalle utilisé pour le renvoi de gaz brûlés est choisi suivant l'invention à un instant, où dans le cylindre intéressé se trouve déjà une proportion notable d'air de combustion, donc où l'on ne court pas le risque de voir les gaz brûlés renvoyés s'in— 5 filtrer dans la tubulure d'admission. On peut d'ailleurs maintenir relativement faible la surpression nécessaire au renvoi des gaz brûlés, car on peut se réserver pour ce renvoi un intervalle de temps plus long que celui dont on disposait habituellement par ledit intervalle de recouvrement des ouvertures des soupapes. D'une 10 grande importance est également le fait que les gaz brûlés sont incorporés à l'air de combustion à un instant auquel les points chauds du moteur ont déjà subi un certain échauffement, et cela pour les raisons suivantes t Le renvoi de gaz brûlés chauds dans l'air de combustion se traduit en principe par une élévation de 15 température dans le cylindre, en d'autres termes il s'établit à l'instant du mélange une -température de l'ensemble supérieure à celle de l'air de combustion aspiré. On s'efforce alors de rendre aussi marquée que possible cette élévation.de température en vue d'arriver à ce que le niveau de température atteint à la fin du 20 temps d'admission soit aussi élevé que possible. Mais cette valeur de température est sensiblement plus élevée quand les gas brûlés sont ajoutés à l'air de combustion, non pas au début du temps d'aspiration, mais comme le fait l'invention plus tard, c'est-à-dire quand l'air de combustion aspiré a déjà subi un échauffement. En 25 outre le renvoi relativement tardif des gaz brûlés âst d'autant plus avantageux que la durée du contact de ces gaz avec l'air frais est plus courte, en sorte que les composants chimiquement actifs, accélérateurs d'allumage, que renferment les gaz brûlés, n'ont pas la possibilité de perdre trop de leur efficacité par un contact trop 30 prolongé avec l'air frais. En ce qui concerne le mode d'introduction directe des gaz brûlés dans le cylindre, on a dans le cadre de l'invention les deux possibilités suivantes. Suivant une première proposition de l'invention, ledit intervalle de temps prévu par celle-ci est déclenché 35 à un instant donné par une ouverture supplémentaire de la soupape d'échappement. L'autre proposition de l'invention consiste à disposer un ou plusieurs canaux d'amenée de gaz brûlés dont l'ouver— 69 13875 4 2010506 ture est démasquée à un instant donné par chaque piston intéressé» Dans le cas où l'on applique cette dernière proposition à un moteur à combustion interne à pistons, dans le ou les cylindres duquel l'air de combustion est animé vers la fin du temps d'aspiration d4 — 5 un mouvement giratoire autour de l'axe longitudinal du cylindre, il y a intérêt à donner auxdits canaux d,amenée des gaz brûlés une inclinaison favorisant ledit mouvement giratoire# La production de la surpression entre tuyau d'échappement et cylindre(s) nécessaire au renvoi des gaz brûlés peut être obt®— 10 nue soit par étranglement du tuyau d'échappement, soit par étranglement de la tubulure d'admission. Dans le cas des moteurs dotés de turbo-compresseurs à gaz brûlés, la pression de retenue en amont de la turbine peut suffire à donner la surpression voulues Pour ne pas compromettre la teneur nécessaire en oxygène 15 du remplissage des cylindres en régime à pleine charge et finalement le rendement en puissance du moteur, il est nécessaire de commander l'incorporation de gaz brûlés à l'air de combustion, à la manière en elle-même connue, en fonction de la charge et(ou) de la vitesse du moteur, et cela de façon qu'à charge décroissante 20 cette incorporation augmente et qu'à pleine charge cette incorporation devienne très faible ou soit même complètement annulée, en ayant pour ce faire la possibilité de commander soit la section d'amenée des gaz brûlés soit la section d'étranglement produisant leur surpression, dans ce dernier cas, de manière en elle—même éga— 25 1ement connue, par exemple au moyen d'un papillon* Suivant une caractéristique très intéressante relativement à cette commande, on a dans un nouveau développement de l'invention la possibilité d'exercer cette commande d'incorporation de gaz brûlés à l'air de combustion en fonction directe du débit de com-30 bustible injecté à chaque instant, et cela dans la poursuite de cette idée de principe en munissant la pompe d'injection de combustible d'un élément supplémentaire, dont le débit de refoulement variant dans le même sens que celui de combustible injecté dans chaque cylindre, sert à actionner l'organe commandant l'incorpo— 35 ration des gaz brûlés, Il est bon d'amortir de- préférence hydrau— liquement les mouvements dudit organe de commande, dans la mesure voulue pour qu'entre deux temps consécutifs quelconques de la pompe BAD ORIQINAî* 69 1387 5 5 2010506 •de commande le rappel de l'organe de commande se produisant soit nul ou insignifiant» L'invention sera mieux comprise par la description qui suit de trois exemples de réalisation, en relation avec les des-5 sins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme du déroulement de la commande d'un moteur à combustion interne à pistons à quatre temps, dans lequel les gaz brûlés à incorporer à l'air de combustion sont renvoyés suivant l'invention dans chaque cylindre intéressé par la 10 soupape d'échappement dudit cylindre j - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un moteur dans lequel le renvoi de gaz brûlés dans chaque cylindre intéressé se fait suivant l'invention au moyen de canaux démasqués par le • piston j 15 - la figure 3 est une vue en coupe de détail prise selon la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique d'un moteur suivant l'invention avec papillon dans le tuyau d'échappement et dispositif réglant l'étranglement correspondant en fonction de la charge du 20 moteur. La figure 1 représente les courbes de levée de soupapes d'un moteur à combustion interne à pistons à quattë temps, dans la canalisation d'échappement duquel les gaz brûlés sont retenus par tua. papillon. La courbe normale de levée de la soupape d'échappé— 25 ment qui prend naissance peuavant le point mort bas, donc peu avant la fin du temps moteur est désignée par a, et celle de la soupape d'admission par b. Conformément a l'invention, la soupape d'échappement qui se ferme comme il est courant peu après le point mort haut, c'est-à-dire peu après le début dix temps d'aspiration, 30 s'ouvre maintenant une seconde fois peuavant le point mort- bas, c'est-à-dire peu avant la fin du temps d'aspiration, comme l'indique la courbe £, en sorte qu'une partie des gaa brûlés qui ébeàsak retenus dans le tuyau d'échappement est renvoyée dans le cylindre*. La proportion de gaz faisant ainsi retour dépend de la valeur de 35 la pression de retenue et de la valeur de l'intervalle de temps durant lequel ces gaz ont accès au cylindre. Dans le moteur représenté à la figure 2, le cylindre a 69 13875 6 2010506 été désigné par 1, le piston par 2, la soupape d'admission par 3 y la soupape d'échappement par 4, la tubulure d'admission par 5, un filtre à air interposé sur celle-ci par 6, la tubulure d'échap^ pement par 7, un pot interposé dans celle—ci par 8, et un papilloB. 5 disposé dans le tuyau d'échappement en aval dudit pot par 9® Côté moteur, en amont du pot 8, une tubulure 10 part de celle d'échappement 7 pour aboutir à un espace annulaire 11 qui entoure le cylindre 1, espace duquel partent des canaux 12 de section rectangulaire qui débouchent à l'intérieur du cylindre 1. Ces canaux 12 10 sont par rapport à la course du piston, disposés de manière à être démasqués peu avant la fin de chaque temps d'aspiration, pour que les gaz brûlés retenus dans le tuyau d'échappement 7, en amont du papillon 9, trouvent accès au cylindre. Comme il s'agit dans le cas présent d'un moteur dans lequel l'air de combustion présente 15 vers la fin du temps d'aspiration un mouvement giratoire autour de l'axe longitudinal du cylindre, on a donné aux canaux 12, comme le montre la coupe de la figure 3, une obliquité qui favorise cet effet giratoire. À la figure 4 on a désigné par 13 un moteur à combustion 20 interne à pistons à quatre temps et à trois cylindres, dont la pompe d'injection de carburant, entraînée par l'intermédiaire d'un arbre auxiliaire 14, a été désignée par 15 et le tuyau d'échappement par 16. Dans ce tuyau d'échappement est monté un papillon 17 dont la plus ou moins grande ouverture varie en fonction de la 25 charge. Une partie des gaz brûlés retënus en amont de ce papillon 17, est renvoyée, d'une façon non représentée ici, dans les cylindres, par la soupape d'échappement, plus exactement par les soupapes d'échappement, s'ouvrant une seconde fois mais brièvement vers la fin de chaque temps d'aspiration. Le positionnement du 30 papillon 17 en fonction de la chaxge se fait de la façon suivant® La pompe d'injection de combustible 15 comprend un quatrième élément qui refoule le liquide à une canalisation 18 dans le cylindre 19 d'un piston 21 sollicité par un ressort 20. Au cylindre 19 est connectée une canalisation 23, commandée par un étranglement 22, 35 revenant au coté aspiration de la. pompe d'injection de carburant 15, et dans laquelle débouche d'autre part, en aval ds l'étranglement 22s ùne canalisation de déaharge 24 venant de la ehambre 13875 7 2010506 logeant le ress^ort du piston 21. Par l'intermédiaire d'une tringl 25, d'une articulation 26 et d'un levier 27, le piston 21 règle le papillon 17 proportionnellement aux variations du débit refoulé par le quatrième élément de la pompe, et par conséquent proportionnellement aux variations des éléments proprements dits de la pompe d'injection. Toute rotation notable de rappel du papillon 17 entre deux temps consécutifs quelconques de la pompe dfinjection est empêchée par un dispositif amortisseur hydraulique 28 agissant sur un levier 27» 69 13875 8- 2010506 HBVENDICATIOHS 1. Moteur à combustion inter-a® à pistons à quatre temps compresseur d'air» à mélange des gaz brûlés avec l'air de eombus— tien, caractérisé par l'existence d'un court intervalle de temps pendant le temps d'admission du cylindre (ou des cylindres), de 5 préférence vers la fin de ce temps d'admission, et durant lequel un renvoi de gaz brûlés se fait directement dans le cylindre (ou les cylindres)» 2* Moteur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit intervalle de temps est déclenché par une ouver— 10 ture supplémentaire de la soupape d'échappement» 3. Moteur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un ou plusieurs canaux d'amenée de gaz brûlés, dont l'ouverture est démasquée à un instant donné par chaque piston intéressé. 15 4. Moteur conforme à la revendication 3 et dans le cylin dre (ou les cylindres) duquel l'air de combustion est animé.vers la fin du temps d'admission d'un mouvement giratoire autour de l'axe longitudinal de chaque cylindre intéressé, caractérisé par le fait que les canaux d'amenée de gas brûlés présentent line in-20 clinaison favorisant ledit mouvement giratoire. 5. Moteur conforme aux revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la surpression nécessaire entre tuyau d'échappement et cylindre est obtenue par étranglement de l'échappement» 6. Moteur conforme aux revendications 1 à 4, caractérisé 25 par le fait que la surpression nécessaire entre tuyau d'échappement et cylindre est obtenue par étranglement de l'admission de l'air de combustions 7. Moteur conforme aux revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le renvoi des gaz brûlés dans chaque cylindre in- 30 téressé utilise la pression de retenue des gaz brûlés en amont d'une turbine de compression® 8. Moteur conforme aux revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'incorporation de gas brûlés est commandée, à la manière connue, eh fonction de la charge et(ou) de la vitesse du 35 moteur. 9Moteur conforme à la revendication 8, caractérisé par BAD ORIGINAL 69 13875 9 2010506 le fait que la section d'amenée de gaz brûlés est commandée en fonction de la charge et(ou) de la vitesse du moteur. 10. Moteur conforme à la revendication 8, caractérisé par le fait que la section d'étranglement de l'échappement des gaz 5 brûlés est commandée en fonction de la charge et(ou) de la vitesse du moteur. •> 11. Moteur conforme à la revendication 10, caractérisé par le fait que la section d'étranglement de l'échappement est commandée, à la manière en elle-même connue, au moyen d\in papillon. 10 12. Moteur conforme à l'une au moins des revendications 8 à 11, caractérisé par le fait que l'incorporation de gaz brûlés à l'air de combustion est commandée de façon qu'elle dépende . directement du débit de combustible injecté à chaque instant. 13. Moteur conforme à la revendication 12, caractérisé 15 par le fait que la pompe d'injection de combustible comporte un élément supplémentaire dont le débit de refoulement variant dans le même sens que celui de combustible injecté dans chaque cylindre, sert à actionner l'organe commandant l'incorporation des gaz brûlés. 14. Moteur conforme aux revendications 5 ou 6 ainsi que 20 11, 12, 13, caractérisé par le fait que les mouvements de l'organe commandant l'incorporation de gaz brûlés sont amortis de préférence hydrauliquement dans la mesure voulue pour qu'entre deux temps consécutifs quelconques de la pompe de commande, le rappel de l'organe de commande se produisant soit nul ou insignifiant.