Brevet FR2494776A1 — publié le 19820528

L'invention se rapporte à un moteur à combustion interne à quatre temps aspirant un mélange air-carburant et procédé pour faire fonctionner ce moteur, dans les-, quels la combustion du mélange air-carburant comprimé est déclenchée par un allumage extrinsèque commandé dans le temps et dans lesquels un carburant liquide est in- jecté dans le collecteur d'admission en amont de la soupape d'admission, le moteur comportant pour chaque cyclindre, au moins deux soupapes d'admission commandées l'une indépendamment de l'autre et coopérant chacune avec un canal d'admission. On connait par le brevet U S 3.964 451 un moteur à combustion interne à quatre temps aspirant un mélange air-carburant et comportant deux soupapes d'admission par cylindre, et dans lequel le mélange est acheminé par une conduite d'admission à l'une des soupapes d'admission tandis que la deuxième soupape d'admission est reliée à une soufflerie de suralimentation par une conduite sépa- rée. Les deux soupapes d'admission sont commandées l'une indépendamment de l'autre, la soupape d'admission cor- respondant à la soufflerie de suralimentation présentant sa plus grande section d'ouverture au début de la course de compression. Avec cette disposition connue et avec le mode de travail du moteur qui résulte de cette disposi- tion, on obtient un taux de remplissage plus élevé et, de ce fait, un accroissement de la puissance du moteur comparativement à un moteur sans suralimentation. Lorsqu'on cherche à obtenir une réduction de la consommation spécifique de carburant sans excéder les va- t: leurs limites prescrites pour l'émission de gaz d'échappe- ment et en conservant de bonnes propriétés de conduite, on se heurte dans le cas du moteur à combustion interne déjà connu à l'inconvénient résultant du fait que son mode de travail reste basé sur le principe décrit plus haut sur toute la plage de valeurs du régime et de la charge. Ceci a pour effet de rendre relativement diffi- cile, sinon entièrement impossible, de satisfaire les sévères spécifications qui sont imposées actuellement pour la consommation de carburant, les émissions de gaz d'échappement et les propriétés de conduite en tout point de travail du moteur. L'invention vise donc à atteindre, d'une part, un couple relativement fort et une faible consom- mation dans la principale plage de conditions de condui- te, c'est-à-dire dans la plage de charge partielle,dans laquelle le papillon des gaz n'est que partiellement ouvert à bas régime, tout en satisfaisant en même temps aux prescriptions relatives aux gaz d'échappement, et, d'autre part, sous forte charge et à haut régime, un accroissement de puissance supérieure à la moyenne, obtenu par accroissement du taux de remplissage sans dépense de construction notable ni forte demande d'éner- gie supplémentaire. Suivant l'invention, pour résoudre ce pro- blème, d'une part, le carburant n'est injecté que dans l'un des deux canaux d'admission, l'arrivée d'air à la soupape d'admission correspondant à ce canal d'ad- mission pouvant être réglée par un volet de réglage ac- tionné par la pédale d'accélérateur, et d'autre part dans l'autre canal d'admission ou dans chacun des autres canaux d'admission, est monté un élément obturateur qui est tout d'abord fermé et qui ne s'ouvre que lorsqu'on atteint des conditions de fonctionnement déterminées du moteur à combustion interne, ou par suite d'une ac- tion volontaire du conducteur, par exemple par enfon- cement de la pédale d'accélérateur à fond de course. Du fait, que dans la principale plage des oendi- tions de conduite, c'est-à-dire sous charge partielle, les éléments obturateurs sont fermés, en même temps que 1 le volet de réglage n'est que partiellement ouvert, l'air comburant aspiré ne peut pénétrer dans le volume du cylindre que par le canal d'admission dans lequel le carburant est injecté. Ceci conduit à des vitesses d'écoulement de l'air ou du mélange aircarburant d'autant plus élevées et assure une bonne combustion, c'ést-à-dire une combus- tion très complète,grwce au bon brassage ou à la bonne turbulence du mélange dans la chambre de combustion, qui résulte de ces grandes vitesses, d'écoulement. Dans les conditions indiquées, on obtient donc le maximum de puissance possible, de sorte qu'on dispose d'un couple élevé aux faibles vitesses de roulement du véhicule, tout en respectant les prescriptions relatives aux émis- sions des gaz d'échappement. Lors de l'ouverture des éléments obturateurs, qui se produit lorsqu'on a atteint des conditions de fonc- tionnement déterminées du moteur, ou sous l'effet d'un ordre spécial du conducteur ( par exemple en pressant la pédale d'accélérateur à fond de course) la quantité de gaz aspirée dans la chambre de combustion est nettement augmentée, ce qui correspond à une réduction de la résis- tance à l'écoulement, cependant que le rapport optimal air-carburant est établi ou conservé par une élévation correspondante de la quantité de carburant injectée dans le canal d'admission de la première soupape d'admission. Avec cette amélioration du taux de remplis- sage du cylindre, on obtient une élévation d'autant plus grande de la puissance, qui présente un intérêt parti- culier dans cette plage de conditions de conduite. Tou- tefois, en raison de l'accroissement plus que proportion- nel de la résistance au roulement qu'on observe aux grandes vitesses de roulement du véhicule et de la dé- terioration du rendement de la combustion, on doit es- compter une plus forte consommation spécifique de carburant que dans le fonctionnement sous charge partielle. Toute- fois, ceci reste acceptable parce que cette plage de con- ditions de conduite ne représente qu'une petite fraction de la durée totale de fonctionnement du moteur et que, d'un autre côté, on a l'avantage de pouvoir disposer d'une plus grande réserve de puissance dans la conduite du véhicule. On obtient une construction particulièrement simple du circuit d'admission, en particulier pour les moteurs à combustion interne comportant plusieurs cy- lindres disposés en ligne lorsque, suivant une autre caractéristique de l'invention, les canaux d'admission qui mènent aux soupapes d'admission sont dérivés d'un collecteur d'admission commun et que le volet de régla- ge commandé par la pédale est placé dans ce collecteur- d'admission en amont de la naissance des dérivations, en considérant le sens de l'écoulement. Une autre caractéristique importante de l'in- vention consiste en ce que les éléments obturateurs commandés par les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne sont disposés immédiatement en amont des soupapes d'admission correspondantes. De cette façon, le volume enfermé entre ces éléments obturateurs et les soupapes d'admission cor- respondantes est maintenu à une valeur extrêmement fai- ble, de sorte que les pertes d'étranglement qui se mani- festent par suite du mouvement alternatif des gaz lorsque les éléments obturateurs sont fermés restent faibles ou que la perte due au volume de gaz qui subit la compres- sion mais ne participe pas- à la combustion ni à la cour- se motrice reste faible. Dans certaines conditions et/ou -suivant que l'on recherche davantage un couple élevé aux basses vi- tesses de roulement du véhicule ou, au contraire, une grande puissance aux grandes vitesses de roulement du véhicule, il peut être avantageux, suivant une autre caractéristique de l'invention, de réaliser les deux groupes de canaux d'admission avec des sections diffé- rentes. Une autre proposition qui vise à atteindre les mêmes buts consiste à faire commander par des cames dif- férentes, d'une part, les soupapes d'admission qui sont montées dans les canaux d'admission dans lesquels le carburant est injecté, et, d'autre part, les soupapes d'admission dont l'arrivée d'air est commandée par des éléments obturateurs commandés par les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne. Dans cette construction, il est avantageux de commander les sou- papes d'admission du premier groupe par des cames qui sont calculées pour un haut rendement, de bonnes valeurs d'émissions des gaz d'échappement et un bon ralenti dans la plage normale des conditions de conduite (plage de charge partielle) et de commander les soupapes d'admis- sion du deuxième groupe par des cames qui sont étudiées pour une grande puissance du moteur. En particulier, le ralenti et les compositions des gaz d'échappement qu'on obtient dans ces conditions meuvent être optimalisées puisque les instants de commande des soupapes d'admis- sion qui travaillent au ralenti n'ont pas à être étudiés pour les hautes puissances à haut régime. Suivant une autre caractéristique importante de l'invention, il est proposé d'actionner conjointement a l'aide d'un même dispositif de commutation les éléments obturateurs commandés par les conditions de fonctionne- ment du moteur. Pour cela, on utilise une bielle reliée au dispositif de commutation et à laquelle sont articu- lés les leviers qui agissent sur les éléments obturateurs Finalement, suivant une autre caractéristique important de l'invention, il est proposé d'utiliser un organe de réglage électrique et de commander cet organe au moyen d'un appareil régulateur (processeur) lequel traite des paramètres caractérisant les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne comme le régime, la charge (dépression du collecteur d'admission) et le débit d'air, ainsi que d'autres paramètres. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, est une vue schématique en plan d'un moteur à combustion interne travaillant sur le principe à quatre temps, qui aspire un mélange air-carburant et qui comprend quatre cylindre 10 à 13 comportant pour chaque cylindre, deux soupapes d'admission 14 et 15 et une soupape d'échappement 16. Le circuit d'admission 17 est composé d'un collecteur d'admission 18 d'o sont dérivés des canaux d'admission 19 et 20 correspondant aux soupa- pes d'admission 14 et 15. Pour la clarté du dessin, seuls les canaux d'admission du cylindre 10 ont été ré- férencés. Dans chacun des canaux d'admission 19 est monté un injecteur 21 par lequel le carburant liquide est in- jecté en amont de la soupape d'admission 14 correspon- dante. A l'extrémité d'entrée du collecteur d'admission 18 est agencé un instrument 22 de mesure de quantité d'air, tandis qu'un volet de réglage 23 est monté en amont, considéré dans le sens de l'écoulement, des canaux d'ad- mission 19 et 20 qui mènent aux soupapes d'admission 14 et 15. Ce volet de réglage correspond à l'habituel pa- pillon des gaz des moteurs à aspiration. Il est commandé de la façon habituelle au moyen de la pédale d'accéléra- teur non représentée. Dans le collecteur d'admission 18 est en outre monté un appareil 24 de mesure de la pres- sion. Dans chacun des canaux d'admission 20 qui ménent aux soupapes d'admission 15 est agencé un élément obtu- rateur se présentant sous la forme d'un papillon 25 monté rotatif et à l'aide duquel le canal d'admission 20 corres- pondant peut être mis en circuit ou iors circuit pour l'admission d'air aspiré, c'est-à-dire ouvert ou fermé, en fonction de certaines conditions déterminées de fonc- tionnement du moteur. Pour actionner les volets 25, il est prévu un organe de réglage électrique 26. A cet or- gane 26 est reliée une bielle 27 à laquelle sont reliés par des articulations des leviers 29 qui sont rigidement solidaires des axes de rotation 28 des volets 25 (seul les éléments correspondant au cylindre 10 sont référen- cés). De cette façon, sous l'effet du déplacement de la bielle dans la direction des flèches Zl, Z2, les volets 25 de tous les cylindres 10 à 13 sont actionnés simulta- nément et conjointement. L'organe de réglage 26 reçoit ses signaux de commutation d'un appareil régulateur (processeur) 30 dans lequel sont traitées les différentes informations concernant les conditions de fonctionnement du moteur. Dans le cas considéré, ces informations sont la dépression du collecteur d'admission 18 qui est four- nie par l'appareil 24 de mesure de la pression et qui est utilisée comme paramètre représentatif de la charge, la quantité totale d'air aspiré, mesurée par l'instrument 22 de mesure de la quantité d'air, et la vitesse de rotation ou le régime du moteur, qui est captée sur le ditribu- teur d'allumage 21. Les lignes de transmission correspon- dantes sont désignées par les références 33,34 et 35. Sur la base de ces paramètres, l'appareil régulateur 30 défi- nitun état de fonctionnement déterminé sur la base duquel l'organe de réglage 26 reçoit un signal arrivant par la ligne 36. Ce signal peut signifier soit que la position instantanée des volets 25 reste conservée, soit que ces volets sont amenés d'une position à l'autre. Lorsque les conditions pour la commutation des volets 25 dans l'un ou dans l'autre sens sont remplies, cette commuta- tion s'effectue de façon plus ou moins brusque, sous l'action de l'organe de réglage 26, et le passage de l'un à l'autre des modes de fonctionnement du moteur à combustion interne se produit avec une rapidité corres- pondante. Avec le moteur à combustion interne suivant l'in- vention, d'une part, on peut obtenir le couple maximal-: possible dans la plage de charge partielle à bas régime, avec d'excellentes valeurs d'émission des gaz d'échappe- ment et, d'autre part, dans la plage supérieure de va- leurs du régime et de la charge, la puissance du moteur est augmentée à tel point que, dans le moteur à quatre cyclindres représenté, on peut obtenir à peu près la puissance d'un moteur à six cylindres de mime cylindrée individuelle. L'ouverture des volets 25 prévus dans les canaux d'admission 20 est avantageusement signalée au conducteur par une plus grande force de rappel de la pédale ou par d'autres signaux afin que le conducteur puisse savoir qu'il conduit dans un mode comportant une plus forte consommation de carburant. REVENDICATIONS 1 - Moteur à combustion interne à quatre temps as- pirant un mélange air-carburant et procédé pour faire fonctionner ce moteur, dans lesquels la combustion du mélange air-carburant comprimé est déclenchée par un allumage extrinsèque commandé dans le tebis et dans lesquels un carburant liquide est injecté dans le collecteur d'admission en amont de la soupape d'admission, le moteur comportant,pour chaque cylindre, au moins deux soupapes dadmission commandées l'une indépendamment de l'autre et coopérant chacune avec un canal d'admission, ce moteur et ce procédé étant caractérisés en ce que le carburant n'est injecté que dans l'un (20) des canaux d'admission (20, 19), l'arrivée d'air à la soupape d'admission (15) correspondant à ce canal d'admission étant réglée d'une façon connue par un volet de réglage principal (23) ac- tionné par la pédale d'accélérateur, et en ce que dans l'autre canal d'admission (19) de chaque cylindre est agencé un élément obturateur (25) qui est tout d'abord fermé et qui ne s'ouvre que lorsqu'on atteint des condi- tions de fonctionnement déterminées du moteur ou par suite d'une action volontaire du conducteur, par exemple par enfoncement de la pédale d'accélérateur à fond de course. 2 - Moteur à combustion interne suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comporte comme organe obturateur un volet monté rotatif (25). 3 - Moteur à combustion interne suivant la reven- dication 1, qui comporte notamment plusieurs cylindres disposés en ligne, caractérisé en ce que les canaux d'ad- mission (19, 20) qui mènent aux soupapes d'admission (14, 15) sont dérivés d'un collecteur d'admission commun le sens de l'écoulement. 4 - Moteur à combustion interne suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments obturateurs (25)commandés par les conditions de fonctionnement du moteur sont agencés immédiatement en amont des soupapes d'admission (15) correspondantes. - Moteur à combustion interne suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux d'admission (19) dans lesquels le carburant est injecté et les canaux d'admission (20) dans lesquels sont agencés les éléments obturateurs (25) commandés par les conditions de fonctionnement du moteur possèdent des sections différentes. 6 - Moteur à combustion interne suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les soupapes d'admission (14) qui sont combinées respec- tivement aux canaux d'admission (19) dans lesquels le carburant est injecté, et les soupapes d'admission (15) dont l'arrivée d'air est commandée par des éléments ob- turateurs (25) commandés par les conditions de fonction- nement du moteur, sont commandés par des cames différen- tes. 7 - Moteur à combustion interne suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que les soupapes d'admission (14) qui sont combinées respectivement aux canaux d'ad- mission (19) dans lesquels le carburant est injecté sont commandées par des cames qui sont calculées pour un bon rendement et de bonnes valeurs d'émission des gaz d'échap- pement dans la plage normale des conditions de conduite (plage de charge partielle), et en ce que les soupapes d'admission (15) dont l'arrivée d'air est commandée par des éléments obturateurs (25) commandés par les condi- tions de fonctionnement du moteur sont commandée par des cames qui sont calculées pour une haute puissance du moteur. 8 - Moteur à combustion interne suivant l'une quel- il conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments obturateurs (25) commandés par les conditions de fonctionnement du moteur peuvent être ac- tionnés conjointement au moyen d'un dispositif de com- mutation unique (26). 9 - Moteur à combustion interne suivant la re- vendication 8, caractérisé en ce que les éléments obtura- teurs (25) commandés par les conditions de fonctionnement du moteur sont commandés au moyen d'une bielle t27) re- liée au dispositif de commutation (26) et à laquelle sont articulée des leviers (29) qui agissent sur les éléments obturateurs (25). - Moteur à combustion interne suivant la re- vendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de commmutation (26) est un organe de réglage électrique. 11 - Moteur à combustion interne suivant l'une quelconque des revendications précédentes,, caractérisé en ce que l'organe de réglage électrique (26) est comman- dé par un appareil régulateur (30) en fonction de con- ditions de fonctionnement déterminées par la vitesse de rotation du moteur, la charge et le débit d'air.