Brevet FR2479325A1 — publié le 19811002

1.- 2479325 Ltinvention par d'une installation pour alimenter en mélange de fonctionnement des moteurs à combustion interne, avec une canalisation de recyclage de gaz d'échappement, aboutissant en amont de la soupape d'admission de la chambre de combustion dans le canal d'aspiration associé à celle-ci, cette canalisation de recyclage des gaz d'échappement comportant un dispositif d'étranglement pour modifier sa section transver- sale ainsi qu'un organe de commande de passage, commandé en synchronisme avec la révolution de l'arbre de vilebrequin du moteur à combustion interne. Dans une installation connue de ce type, l'air ou le gaz d'échappement sont amenés ensemble avec le mélange carburant-air pendant une première partie du cycle d'aspiration à la chambre de combustion d'un moteur. à combustion interne. Pendant la seconde partie du cycle d'aspiration-il n'est plus aspiré qu'un mélange carburant-air qui est ainsi relativement plus riche et qui présente une aptitude à l'allu- mage plus élevée. On doit ainsi obtenir une stratification de la charge dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne, de sorte qu'à l'emplacement d'allumage un mélange comportant une meilleure aptitude à 1tallumage est présent au moment de l'allumage. Cette installation connue a pour but d'exploiter un moteur à combustion interne avec un mélange dans l'ensemble relativement pauvrre. Lfair supplémentaire dans le cas de cette installation connue est toutefois introduit dans le canal d'aspiration par l'intermédiaire d'une fente étroite, qui a pour fonction de communiquer au fluide qui la traverse, lors de l'entrée de ce fluide dans la tubulure d'aspi- ration, la vitesse du sonyce qui doit aboutir à un bon mixage avec le mélange carburant-air. Comme ce mélange carburant-air fortement apauvri par l'air supplémentaire et donc moins apte à l'allumage doit cependant 8tre brûlé ainsi qu'également la partie de la charge dont l'aptitude à l'allumage à été réduite par adjonction de gaz d'échappementdslimites étroites sont imposées à cette adjonction d'une certaine quantité recyclée de gaz d'échappement. La réalisation en forme de fente de la section d'alimentation a en outre pour conséquence que lorsque le débit ou la vitesse de rotation du moteur à combustion interne s'accroit la quantité de fluide supplémentaire décroltt La pression absolue s'accroissant dans la tubulure d'aspiration à 2.- 2479325 l'approche du fonctionnement en pleine charge diminue également l'alimentation en fluide supplémentaire. Cela peut être souhai- table dans le sens d'une utilisation complète de la charge intro- duite en fonctionnement à pleine charge mais cela réduit égale- ment dans les autres domaines de charge la possibilité de réduire l'émission de gaz d'échappement par un taux élevé de recyclage. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation caracté- risée en ce que l'organe de commande de passage est commandé de façon telle que la communication avec le canal d'aspiration n'est ouverte que pendant le laps de temps o la soupape d'admission est fermée. L'installation conforme à l'invention définie ci-dessus présente par rapport aux solutions connues l'avantage qu'avant l'ouverture de la soupape d'admission la quantité souhaitée de gaz d'échappement à recycler est présente dans les parties du canal d'aspiration se raccordant directement en amont de cette soupape et que cette quantité est aspirée en priorité et exclusivement pendant le cycle d'aspiration du moteur à combustion interne. Ce n'est qu'après l'introduction de cette quantité dosée de gaz d'échappement que de l'air frais, auquel est ajouté du carburant, est aspiré. De cette'façon la commande de la charge du moteur à combustion interne, au lieu de s'effec- tuer par l'étranglement de l'air ou du mélange aspiré peut s'effectuer par modification du rapport des fractions de l'ali- mentation constituées par le carburant et l'air aux fractions de l'alimentation constituées par le gaz d'échappement recyclé. Ainsi les pertes par étranglement du moteur à combustion interne se trouvent avantageusement abaissées et pour un apport compara- ble de carburant, cd'est-à-dire d'énergiele remplissage est amélioré. Du fait que le gaz d'échappement est intro- duit par priorité dans.la chambre de combustion il se produit une stratification du gaz d'échappement formant ballast par rapport à l'air frais et au carburant, ce dont il résulte à l'emplacement d'allumage un mélange carburant-air présentant une bonne aptitude à l'allumage à l'instant de cet allumage. D'autres caractéristiques de l'invention permettent d'envisager d'autres formes avantageuses de l'instal- lation définie ci-dessus. - ?2479325 L'invention va être décrite plus en détail en se référant à deux exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 montre un premier exemple de réalijtion de l'invention avec un recyclage contr8lé du gaz d'échappement par l'intermédiaire d'un tube de section transver- sale annulaire disposé dans le canal d'aspiration, - la figure 2 est un diagramme de commande de l'organe de commande de passage prévu dans la canalisation de recyclage du gaz d'échappement, - la figure 3 montre la succession des opérations au début et à la fin de l'aspiration dans le cas d'un second exemple de réalisation avec une injection de carburant dans une chambre d'allumage. Sur la figure 1 les-parties importantes pour l'invention dlun moteur à combustion interne sont représen- tées en coupe. C'est ainsi qu'il est représenté une partie d'un piston 1 délimitant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne une chambre de combustion 2. Celle-ci comporte une bougie d'allumage et est alimentée en mélange carburant par l'intermé- diaire d'une soupape d'admission 7. Une soupape d'échappement 8 relie la chambre de combustion 2 avec le système 9 de gaz d'échappement qui est seulement indiqué. De là part une canali- sation 10 de recyclage de gaz d'échappement sur laquelle est prévu,sous la forme d'un clapet d'étranglement de gaz deéchap- pement 12,un dispositif d'étranglement pour modifier la section transversale du passage de la canalisation de recyclage de gaz d'échappement. En aval de ce clapet d'étranglement de gaz d'échappement est branché un réservoir collecteur de gaz d'échap- pement 14 à partir duquel une canalisation 15 va de la canalisa- tion de recyclage de gaz d'échappement à un canal d'aspiration 16 du système d'aspiration 17. Le canal d'aspiration 16 part d'un répartiteur d'aspiration 18 et aboutit directement à la soupape d'admission 7. Pour chaque cylindre du moteur à combus- tion interne il est prévu un canal d'aspiration 16 et une cana- lisation 15 dérivée de la canalisation de recyclage des gaz d'échappement. L'alimentation en air, ou bien dans un autre forme de l'invention l'alimentation en mélange carburant-airvers le répartiteur d'aspiration 18 s'effectue de façon classique par l'intermédiaire d'une tubulure d'aspiration 20 dans laquelle est 4.- 2479325 disposé un clapet d'étranglement principal 21 de constitution classique. Sur la canalisation 15 est disposé un registre rotatif 22 faisant fonction d'organe de commande de passage et qui est entraîné en synchronisme avec les révolutions du moteur à combustion interne et qui selon l'impulsion de commande ouvre ou ferme la canalisation 15. Cet organe de commande de passage ne doit pas toutefois être forcément un registre rotatif et peut présenter également une autre forme appropriée, telle par exemple que celle d'une soupape commandée par came ou par électro-aimant. A l'emplacement o la canalisa- tion 15 débouche dans le canal d'aspiration 16 est disposé concentriquement un tube de guidage 23, le diamètre du canal d'aspiration étant augmenté à partir de l'extrémité amont du tube de guidage 23 qui est solidaire de la paroi du canal d'aspiration, si bien qu'entre l'enveloppe externe du tube de guidage et la paroi du canal d'aspiration 16 est constitué un canal 24 de section transversale annulaire. Dans ce canal annulaire débouche la canalisation 15. Le tube de guidage 23 se termine peu avant la soupape d'admission 7 et comporte à cet emplacement une échancrure 25 à travers laquelle le collet d'une soupape d'injection de carburant 27 pénètre dans le canal d'aspiration 16. Au voisinage de cette extrémi4é aval du tube de guidage celui-ci peut comporter des nervures d'appui 28 qui assurent le positionnement coaxial du tube de guidage 23. La soupape d'injection de carburant 27 est disposée de façon telle que les jets de carburant sortant de ses orifices de buses 29 lorsque la soupape d'injection 7 est ouverte, parviennent directement dans la chambre de combustion 2 en passant par la fente annulaire devant le clapet de soupape. En se référant au diagramme de la figure 2 on va maintenant expliquer le mode de fonctionnement de l'instal- lation qui vient d'être décrite. Sur la figure 2 sont représen- tés deux fois les cycles de travail d'un moteur à combustion interne à quatre temps avec des positions angulaires de l'arbre de vilebrequin allant de 0 à 1440 pour l'un des cylindres du moteur à combustion interne. Sur la ligne a sont reportées les courbes de soulèvement de la soupape d'admission 7 respective- ment pendant les cycles d'aspiration entre environ 365 et 5400 ainsi qu'entre 1080 et 12600 (III). Au-dessous sont rapportés s. 2479325 sur la ligne bdans une disposition corresponrntei,les temps de commande du registre rotatif 22. On voit que le registre rotatif 22 est commandé de façon telle que les temps pendant lesquels il ouvre la section de passage de la canalisation 15 se situent entre les temps d'ouverture de la soupape d'admission 7. Le temps d'ouverture A du registre rotatif 22 est déterminé de façon telle que la canalisation 15 dérivée de la canalisation de recyclage du gaz d'échappement est fermée de façon certaine lorsque la soupape d'admission 7 commence à s'ouvrir. Cela signifie que pendant le temps d'ouverture A du registre rotatif du gaz d'échappement peut parvenir dans le canal d'aspiration 16 selon une quantité essentiellement déterminée par la position du clapet d'étrangîment de gaz d'échappement 12. Le tube de guidage 23 garanti alors que le gaz d'échappement recyclé parvient à proximité immédiate de la soupape d'admission 7,et en.partant de là,remplit avec une quantité déterminée le canal d'aspiration pendant le temps dtouverture du registre rotatif 22, si bien qu'en amont de la soupape d'admission il y a exclu- sivement du gaz d'échappement, Si maintenant la soupape d'admis- ' sion est ouverte au début du cycle d'aspiration, ce gaz d'échap- pement ainsi présent parvient en priorité dans la chambre de, combustion 2 et se dépose sur la tête du piston. A la suite de ce gaz d'échappement est admis de l'air frais qui pendant la dernière partie du cycle d'aspiration est additionné de carbu- rant par injection par lVintermédiaire de la soupape d'injection de carburant. A la fin du cycle d'aspiration il existe ainsi une stratificationavec le gaz d'échappement directement sur la tête du piston et un mélange air frais - carburant de qualité apte à l'allumage dans la zone de la bougie d'allumage 6. Grâce à cette stratification on obtient qu'à la fin du cycle de compression suivant un mélange carburant- air, en pratique non influencé par le gaz d'échappement introduit et présentant une bonne aptitude à l'allumage, soit présent contre la bougie d'allumage. De cette façon des taux de recyclage de gaz d'échappement relativement importants peuvent Ctre obte- nus, pour lesquels.s'il y avait un mélange homogène un allumage ne serait presque plus possible. La quantité de gaz d'échappe- ment recyclée présente dans le canal d'aspiration 16 est, pour des temps de commande fixes du registre rotatif 22, fonction des pressions dans le canal dtaspiration 16 et dans la canalisation 6.- 2479325 de recyclage de gaz d'échappement 10. Elles peuvent être influencées d'une part par l'intermédiaire du clapet d'étrangle- ment du gaz d'échappement 12 et d'autre part par l'intermédiaire du clapet d'étranglement principal 21. La durée des temps d'aspiration indiquée sur le diagramme de commande de la figure 2 en B, pour lesquels est exclusivement aspiré le gaz d'échap- pement présent, dépend de la quantité de ce gaz d'échappement ainsi présent. Elle est limitée par la durée, prévue dans cet exemple de réalisation, de l'injection de carburant, pour laquelle conformément au diagramme le temps C est utilisé. Comme l'injection doit avoir lieu à travers la fente annulaire libre de la soupape d'admission 7, la fin de ce temps d'injection est fixée. Le temps pendant lequel l'injection a lieu avant la fermeture de la soupape d'admission, dépend de la réalisation de la buse d'injection et de la quantité de carburant à injecter. Il doit 4tre établi que le carburant est exclusivement injecté dans l'air frais. Grâce aux dispositions décrites et à la commande de la quantité du gaz d'échappement recyclé il est possibleeessentiellement par le dosage de cette quantité de- gaz d'échappement recyclé>I'assurer la commande de charge du moteur à combustion interne de façon que pour un bon taux de remplissage les pertes par étranglement de l'air aspiré soient réduites et qu'une augmentation du rendement thermodynamique soit obtenue. Grâce au bon remplissage on obtient une pression de compression élevée et une température élevée du mélange à allumer, grâce à quoi son aptitude à l'allumage est améliorée. Le mélange carburant-air localement spoechiométrique offre, malgré une composition d'ensemble du mélange "très pauvre", des caractéristiques favorables d'inflammation et de combustion. L'amélioration supplémentaire qui en résulte du rendement aboutie également à un abaissement de la consom- mation. Notamment en cas de charge partielle la zone propre de combustion dans la chambre de combustion se trouve réduite par la fraction élevée de gaz d'échappement recyclé, si-bien que les pertes sont maintenues à un niveau bas. En outre grâce au recyclage des gaz d'échappement la teneur d'émission en oxydes d'azote reste faible. 7.- 2479325 Même si, par l'injection directe du carbu- rant dans la dernière partie de l'approvisionnement en air frais, les conditions pour obtenir au voisinage de la bougie d'allumage un mélange spoechiômétrique apte à l'allumage sont fortement améliorées, il est également possible d'alimenter le carburant d'une autre façon selon le m8me principe de stratification par rapport aux gaz d'échappement recyclés. Ceci peut s'effectuer d'une part de façon conventionnelle par une alimentation en carburant dans le système d'aspiration en amont 1È de la quantité de gaz d'échappement présente mais également aussi par une alimentation de carburant dans une chambre d'allu- mage 31 conformément à l'exemple de réalisation selon la figure 3. De telles chambres d'allumage sont connues en soi et compor- tent dans le cas de moteurs à combustion interne à compression de mélange une bougie d'allumage 61 disposée dans cette chambre d'allumage. Dans de telles chambres d'allumagele carburant peut être soit injecté directement à l'aide d'une soupape d'injection 32 ou bien Utre amené grâce à un moyen de commande approprié par l'intermédiaire d'un dispositif m angeur distinct sous la-forme d'un mélange riche carburant-air. La chambre d'allumage est alors en communication avec la chambre de combus- tion principale du moteur à combustion interne grâce à au moins un canal d'écoulement 33. Cette alimentation en carburant dans la chambre d'allumage peut également s'effectuer pendant la seconde partie du cycle d'apiration, si bien que l'on aboutit à une séparation de la fraction d'alimentation en gaz d'échappement et de la fraction d'alimentation en mélange carburant-air. En A de la figure 3,il est indiqué comment le gaz d'échappement est amené par l'intermédiaire de la canalisation dérivée 15' au canal d'aspiration 16t en étant commandé par le registre rotatif 22', et comment il est stocké en amont de la soupape d'injection 7'. Le piston 1' se trouve alors dans sa position de départ supérieure. La représentation B de la figure 3 montre ensuite la situation o le piston 1' se trouve dans sa position inférieure extrême, la stratification du gaz d'échappement dosé recouvrant la tête de piston étant représentée par des croix. En liaison avec une réalition appropriée de la chambre de combustioneune élévation substantielle du taux de recyd.age des gaz d'échappement : par rapport au système classique peut être obtenue grâce aux 8.- 2479325 dispositions conformes à l'invention. Notamment dans le cas de moteurs à combustion interne à aspiration de mélange et à allumage séparé, il en résulte une réduction des pertes par étranglement à l'aspiration et de ce fait un abaissement de la consommation de carburant notamment dans les zones de charges partielles. De façon générale, dans le cas de moteurs à combus- tion interne exploités dans ces conditions, l'émission de substances nuisibles se trouve abaissée grâce auxtaux de recy- clage plus élevés. 9 o 2479325 REVENDICATIONS 1.- Installation pour alimenter en mélange de fonctionnement des moteurs à combustion interne avec une canalisation de recyclage de gaz d'échappement, aboutissant en amont de la soupape d'admission de la chambre de combustion dans le canal d'aspiration associé à celle-ci, cette canalisation de recyclage des gaz d'échappement comportant un dispositif d'étranglement pour modifier sa section transversale ainsi qu'un organe de commande de passage, commandé en synchronisme avec la révolution de l'arbre de vilebrequin du moteur à combustion interne, installation caractérisée en ce que l'organe de commande de passage (22) est commandé de façon telle que la communication avec le canal d'aspiration (16) n'est ouverte que pendant le laps de temps o la soupape d'admission (7) est fermée. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aspiration dans la chambre de combustion (2) du gaz dtéchappement présent dans le canal d'aspiration (16) s'effectue pendant une première partie du cycle d'aspiration tandis que l'introduction d'air ou bien de carburant et-d'air steffectue pendant une seconde partie de ce cycle d'aspiration, la quantité du gaz d'échappement présent déterminant le début de l'aspiration de l'air. 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le carburant est amené, en étant commandé en fonction du temps, à l'aide d'une soupape d'injection de carburant (27) dans l'air s'écoulant en direction de la soupape d'admission (7). 4.- Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la soupape d'injection de carburant (27) est disposée dans le canal d'aspiration (16) de façon telle et est réalisée de façon telle que le carburant devant 8tre injecté parvient directement dans la chambre de combustion (2) du moteur à combustion interne en passant par la fente annulaire entourant la soupape d'admission (7) ouverte. 5.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le carburant est injecté dans une chambre d'allumage (31) partant de lanoitié supérieure de la chambre de combustion. 6.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la canalisation de 10.- 2479325 recyclage de gaz d'échappement (10, 15) débouche avec une section transversale de forme annulaire dans un canal (24) débouchant dans le canal d'aspiration (16). 7.- Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que dans le canal d'aspiration (16) est disposé un tube de guidage (23) s'étendant coaxialement par rapport au canal d'aspiration, le canal (24) à section transver- sale annulaire étant délimité entre l'enveloppe externe de ce tube de guidage (23) et la paroi du canal d'aspiration (16), l'extrémité amont du tube de guidage (23) étant solidaire sur sa périphérie externe du canal d'aspiration (16).