Brevet FR2362274A1 — publié le 19780317

La présente invention concerne un moteur à combustion interne à course alternative à allumage commandé et à stratification de charge, notamment pour véhicules automobiles, dans lequel la plus grande partie de la charge est amenée par au moins une soupape d'admission, sous forme de mélange carburant-air pauvre en carburant, à une chambre de combustion principale et le reste de la charge sous forme de carburant, par au moins une entrée d'admission de carburant supplémentaire, à une chambre de combustion auxiliaire comportant une bougie d'allumage, laquelle chambre auxiliaire est reliée à la chambre de combustion principale par au moins une ouverture éventuellement réduite par rapport à la dimension de ladite chambre auxiliaire. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à course alternative à allumage commandé du type précité, il est connu (revue "Automobil Industrie 3/1974, pages 29 à 33) d'amener le carburant à la chambre de combustion auxiliaire dans un intervalle de rotation de vilebrequin compris entre 150 avant le point mort bas pendant la course d'aspiration et 10 avant le point mort bas pendant la course d'aspiration.Dans ce cas, la chambre de combustion principale, la chambre de combustion auxiliaire et l'ouverture reliant ces deux chambres sont disposées l'une par rapport à l'autre et dimen sionnées de telle sorte que, lors du fonctionnement du moteur à combustion interne, au cours de chaque course d'aspiration et de la course de compression suivante, il se forme un mélange air-carburant mo décrément riche dans la chambre de combustion principaleprès de l'ouverture de liaison avec la chambre de combustion auxiliaire.Cela a pour effet que le mélange se trouvant dans la chambre de combustion principale brille de façon progressive après l'allumage, et en fait pratiquement pendant toute la course motrice (la détente) du moteur à combustion interne et à une température de combustion maximale re lativement basse. Dans un tel moteur, l'abaissement de de la température maximale améliore les émissions d'oxydes de l'azote (NOx).De plus, on cherche à diminuer dans ce moteur, les émissions de HO(carbures d'hydrogène non brûlés ou partiellement oxydés) et maintenant aussi élevée que possible la température de combustion et enfin ltémission de C0 (par combustion de l'oxyde de carbone se formant lors d'un défaut d'air) par un excès d'oxygène courant dans les moteurs à stratification de charge dans le mélange carburant-air pauvre en carburant, est réduite. Cependant, on ne peut obtenir avec un tel moteur, des conditions de fonctionnements optimales, notamment en ce qui concerne la purification des gaz ---------------------------------------- dtéchappement, en tenant compte du fonctionnement en marche.Comme l'ont montré des expériences complètes et précises, cela est dû en premier lieu à la formation de mélange insuffisante dans la chambre de combustion auxiliaire, ce qui a un effet fâcheux sur l'émission de HC, l'démission de C0 ainsi que la proportion de noir de carbone contenue dans les gaz d'échappement. L'invention a pour but de réaliser un moteur à combustion interne du type précité dans lequel l'émission des gaz d'échappement est reduite de manière à réduire la pollution et à satisfaire des normes anti-pdlution attendues, tout en garantissant en même temps des conditions optimales pour le fonctionnement du moteur à combustion interne pendant la marche du véhicule. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le carburant est amené à la chambre de combustion auxiliaire dans l'intervalle compris entre 1000 de rotation de vilebrequin avant le point mort bas pendant l'aspiration et 900 de rotation avant le point mort haut pendant la compression. Les avantages de l'invention résident en particulier dans le fait que la chambre de combustion auxiliaire ne participe pas aux échanges gazeux pendant la plus grande partie de la course d'aspiration. L'absence d'échanges gazeux a pour effet que la totalité du carburant qui est amené à la chambre de combustion auxiliaire pendant l'aspiration et la compression y reste. Le carburant sty mélange avec les résidus gazeux chauds du cycle de fonctionnement précédent et subît des évaporations et décompositions thermiques. Ainsi, il se forme entre autres, dans la chambre de combustion auxiliaire, différents constituants favorisant les réactions (radicaux et peroxydes), de sorte qu'au moment de l'allumage, la chambre de combustion auxiliaire contient un mélange facile à enflammer.En outre, pendant la compression, il se forme dans la chambre de combustion auxiliaire au voisinage de l'ouverture, une zone de mélange à mélange modérément riche d'environ A = l,û qui favorise les émissions d'oxydes d'azote. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention appa raîtront dans la description ci-apràs d'un exemple d'exécution non limitatif de l'invention et du dessin annexé dans lequel : les figures 1 à 6 représentent les parties du moteur à combustion interne conforme à l'invention et forment une représentation schématique du cycle de fonctionnement pendant l'aspiration, la compression et la détente du moteur à combustion interne, avec les visualisations de mélange correspondantes sur les dessins. Sur les figures 1 à 6, la référence 1 désigne un piston qui est guidé dans un carter de vilebrequin 2. Le carter 2 est relié par des boulons filetés 3 à une culasse 4 qui comporte une chambre de combustion principale 5. Cette chambre de combustion principale 5 reçoit par une soupape d'admission 6, un mélange air-carburant pauvre en carburant. D'autre part, une chambre de combustion auxiliaire 8 reçoit du carburant par l'intermédiaire d'un gicleur. Le gicleur 7 peut être remplacé par une soupape d'admission auxiliaire. La soupape d'échappement n'est pas représentée. La chambre de combustion auxi -liaire 8 est formée par un manchon à paroi mince 9 introduit dans la culassa 4 et un chapeau 10 vissé à le culasse 4.Le chapeau 1D vissé à la culasse par des boulons filetés 11 sert à immobiliser le manchon 9 dans la culasse, ainsi qu'à recevoir le gicleur 7 et une bougie d'allumage 12 du côté opposé à la chambre de combustion principale 5. ta chambre de combustion auxiliaire 8 est reliée à la chambre de combustion principale 5 par une ouverture formant un canal-torche 13, qui présente un diamètre inférieur au diamètre de la chambre de combustion auxiliaire 8. Le carburant est amené à la chambre de combustion auxiliaire dans l'intervalle compris entre la position de 1000 d'angle du vilebrequin avant le point mort bas pendant l'aspiration et 900 d'angle avant le point mort haut pendant la compres sinon. Des explications plus détaillées sont maintenant données en se référant aux figures 1 à 6. En partant de la position de point mort haut du piston 1 après la course d'échappement, représentée sur la figure 1, du carburant est envoyé pendant une partie de la course d'aspiration dans la chambre de combustion auxiliaire 8, de sorte qu'au voisinage du point mort bas du piston 1 au cours de la course d'aspiration, il n'y a dans la chambre de combustion auxiliaire 8 que du mélange riche en carburant et, dans la chambre de combustion principale 5, que du mélange pauvre en carburant (figure 2). La figure 3 représente le piston 1 à environ 900 d'angle de rotation du vilebrequin avant le point mort haut pendant la compression. De-ns ce cas, le mélange contenu dans la chambre de combustion principale 5 et dans le canaltorche 13 est pauvre en carburant, celui qui est contenu dans la chambre de combustion auxiliaire 8 dans la zone située derrière le canal-torche 13, est modérément riche et, dans la zone de la bougie d'allumage 12, il est donc riche en carburant.Peu après l'allumage, environ 200 de rotation d'angle du vilebrequin après le point mort haut de la course de détente (figure 4), le mélange est riche en carburant dans la chambre de combustion auxiliaire 8, pauvre en carburant dans la chambre de combustion principale 5 et il s'étend dans la chambre de combustion principale 5, à partir du canal-torche 13, une flamme qui, à partir du canal-torche 13, varie de façon continue, d'un mélange riche en carburant à un mélange pauvre en carburant. Comme le montre la figure 5, le mélange pauvre en carburant continue à brûler de façon continue sous l'effet de la torche pénétrant par le canal-torche 13 dans la chambre de combustion principale 5, tandis que le piston 1 se rapproche du point mort bas pendant la détente. La combustion du mélange air-carburant pauvre en carburant dans la chambre de combustion principale se poursuit pendant toute la détente. Sur la figure 6 où le piston 1 se trouve dans la position de point mort bas avant l'échappement, le mélange riche en carburant de la chambre de combustion auxiliaire 8 et le mélange pauvre en carburant de la chambre de combustion principale 5 ont complètement brillé. Une analyse des variations de pression dans la chambre de combustion auxiliaire et dans la chambre de combustion principale, montre que la chambre de combustion auxiliaire ne participe pas aux échanges gazeux pendant la majeure partie de l'aspiration. L'absence d'échanges gazeux a pour effet que la quantité totale du carburant injecté au cours de l'aspiration et due la compression reste dans la chambre de combustion auxiliaire. Le carburant s'y mélange avec les gaz résiduels chauds et subit des évaporations et décompositions thermiques. Ainsi, il se forme dans la chambre de combustion auxiliaire, entre autres, des constituants favorisant la réaction (radicaux et peroxydes), de sorte qu'au moment de l'allumage, un mélange. susceptible de- s'enflammer est présent dans la chambre de combustion auxiliaire. Pendant la compression, une partie du mélange pauvre en carburant passe de la chambre de combustion principale à la chambre de combustion auxiliaire. Le mélange de la chambre de combustion auxiliaire est refoulé en partie en direction de la bougie d'allumage et du gicleur et se mélange en partie avec le mélange pauvre en carburant qui entre. I1 se forme par suite, dans la chambre de combustion auxiliaire, une zone à mélange très riche au voisinage de la bougie d'allumage et du gicleur, un mélange de transition dans la chambre de combustion auxiliaire dans la zone du canal-torche, et un mélange pauvre dans le canal-torche et dans la chambre de combustion principale. Le taux d'air global #G du moteur à superposition de charges est déterminé par le taux moyen dans la chambre de combustion auxi liaireAK et le taux dans la chambre de combustion principale) S. I1 est déterminé à partir de la consommation totale de carburant et d'air X G = L Lmin où L = quantité d'air effectivement consommée (Ksl L min = quantité d'air stoechiométrique (KgL ) (Kgk ) B = quantité de carburant (Kg/s) Avec B = BK + 5 où BK = quantité de carburant de la chambre de combustion auxiliaire et B5 = quantité de carburant introduite par le tuyau d'admission, on peut simplifier le calcul des taux d'air dans la chambre de com busticn Principale #S et dans la chambre de combustion auxiliaire#K : où PK est le pourcentage de la chambre de combustion auxiliaire dans le volume de compression total. On peut obtenir une inflammation sûre du mélange dans la chambre de combustion auxiliaire dans un intervalle de taux d'air compris entre # = 0,4 et # = 1,2. En modifiant la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion auxiliaire, on peut y maintenir constamment une telle composition de mélange, de sorte que, même pour un appauvrissement très faible du mélange dans la chambre de combustion principale, les conditions nécessaires pour l'inflammation sont assurées. Dans le domaine de charge inférieur du moteur à combustion interne, on peut obtenir une variation de compnsition du mélange dans les limites de 4 = 0,8 à 2,2. La puissance maximale du moteur à combustion interne est obtenue dans le domaine pauvre en air pou'A, 0,9. Pour chaque charge particulière du moteur à combustion interne, il y a une quantité d'injection dans la chambre de combustion auxiliaire optimale pour la consommation de carburant. Le rapport entre la quantité de carburant optimale injectée dans la chambre de combustion auxiliaire et la consommation de carburant totale dépend de la charge du moteur à combustion interne. Pour de faibles charges au voisinage de la marche en débrayé, la quantité d'injection dans la chambre auxiliaire optimale est comprise entre 20 et 30 , de la quantité totale de carburant injectée. Lorsque la charge augmente, ce rapport diminue. On atteint la puissance maximale du moteur à combustion interne, lorsque la quantité de carburant injectée dans la chambre auxiliaire est à peu près de O à 5 f de la quantité totale de carburant. La valeur absolue de la quantité d1injection dans la chambre auxiliaire optimale reste cependant invariable dans un large domaine de charge. Une fois l'inflammation du carburant dans la chambre de combustion principale effectuée, la flamme se propage dans des conditions très favorables dans la chambre de combustion auxiliaire et la flamme de la faible quantité du mélange enrichi est repoussée dans la chambre de combustion principale, où elle enflamme le mélange pauvre en carburant. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Moteur à combustion interne à course alternative à allumage commandé, et à stratification de charge, destiné notanment aux véhicules automobiles, dans lequel la plus grande partie de la charge est amenée par au moins une soupape d'admission, sous la forme d'un mélange air-carburant pauvre en carburant à une chambre de combustion principale, et le reste de la charge est amenée sous forme de carburant, par au moins une entrée de carburant supplémentaire, à une chambre de combustion auxiliaire comportant une bougie d'allumage, laquelle chambre auxiliaire est reliée à la chambre de combustion principale par au moins une ouverture éventuellement plus étroite que ladite chambre auxiliaire, caractérisé en ce que le carburant est amené à la chambre de combustion auxiliaire 8 dans l'intervalle compris entre la position de 1000 d'angle du vilebrequin avant le point mort bas pendant la course d'aspiration et 900 dans gle du vilebrequin avant le point mort haut pendant la course de compression.