Brevet FR2581424A1 — publié le 19861107

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne suralimentés au moyen de turbocom- presseurs dont la turbine est entrainée en rotation par les gaz d'échappement du moteur. On sait que les conditions d'encombrement des moteurs de véhicules automobiles, suralimentés par des turbocompresseurs, sont telles que les conduits d'échappement entre le moteur et la turbine sont en général courts et que leur tracé est parfois diffi- cile. Ces conduits sont de volume relativement faible et la pression y est de ce fait trés fluctuante. En particulier, dans le cas des moteurs à quatre cylindres suralimentés par un seul turbocom- presseur, les bouffées d'échappement engendrées dans les collecteurs, produisent des perturbations qui nuisent à une alimentation correcte des cylindres. Ce processus sera explicité plus en détail dans le corps de la description qui va suivre. Il est également connu que pour tenter d'at- ténuer ces effets négatifs, on peut prévoir pour un moteur à quatre cylindres deux collecteurs d'échap- pement dans chacun desquels débouchent deux cylindres. L'ordre d'allumage étant l'ordre classique 1,3,4,2, les cylindres 1 et 4 d'une part et 2 et 3 d'autre part sont alors regroupés deux par deux. Les collecteurs correspondants se rejoignent bien entendu à l'entrée de la turbine du turbocompresseur. Cependant, même dans un tel agencement, les bouffées d'échappement qui se propagent dans les col- lecteurs ont également une incidence néfaste sur le remplissage des divers cylindres et d'une façon plus générale sur les conditions d'admission du mélange dans les cylindres, de sorte que le problème subsiste. 258 1 424 Cette invention a précisément pour objectif de résoudre ce type de problème et d'atténuer, sinon de faire disparaitre, l'incidence néfaste des bouffées d'échappement sur le fonctionnement du moteur. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de commande de la distribution d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, suralimenté par au moins un turbocompresseur dont la turbine est entraînée par les gaz d'échappement du moteur, caractérisé en ce qu'on règle l'avance à l'ou- verture des soupapes d'échappement des différents cy- lindres en fonction de la longueur de la portion de conduit d'échappement comprise entre chaque cylindre et le cylindre précédent, dans l'ordre d'allumage. Suivant d'autres caractéristiques: - Ce réglage est tel que les ondes des bouf- fées d'échappement de chaque cylindre parviennent au cylindre précédent, dans l'ordre d'allumage, avec un décalage dans le temps à peu près constant par rapport au point mort haut dudit cylindre précédent, pour un régime déterminé du moteur. - Ce décalage étant représenté par une va- riationâ 0 de la position angulaire d'une came portée par un arbre à cames et commandant la soupape d'échap- pement d'un cylindre déterminé, ce décalage est choisi de la façon suivante: x 6N c o: - L est la longueur de la portion de conduit d'échap- Àpement comprise entre le cylindre déterminé et le cy- lindre précédent dans l'ordre d'allumage; - C est la célérité du son; et, - N la vitesse du moteur en tours/minute pour laquelle on désire un résultat optimal. L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne a plusieurs cylindres, suralimenté par au moins un turbocompresseur dont la turbine est entrainée par les gaz d'échappement du mo- teur, et muni d un dispositif de distribution détermi- nant, notamment, l'instant d ouverture des soupapes d'échappement des divers cylindres, caractérisé en ce que le dispositif de distribution est agencé de telle façon que l'avance à l'ouverture des soupapes d'échap- pement des différents cylindres soit réglée en fonc- tion de la longueur de la portion de conduit d'échap- pement comprise entre le cylindre considéré et le cy- lindre précédent, dans l'ordre d'allumage. Les autres caractéristiques du procédé, énoncées ci-dessus, s'appliquent bien entendu à un tel moteur. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé donné uni- quement à titre d'exemple et sur lequel: - la Fig. 1 est un schéma permettant d'ex- pliquer les termes du problème à résoudre et la solu- tion proposée; - les Fig. 2 et 3 sont deux schémas montrant deux agencements, par ailleurs connus, des conduits d'échappement d'un moteur à combustion interne à tur- bocompresseur. La Fig. 1 représente le diagramme des pres- sions en fonction de la position angulaire du vile- brequin, dans un collecteur d'échappement entre un moteur M et une turbine T de turbocompresseur entrai- née par les gaz d'échappement de ce moteur. Pour un cylindre A, la phase d'échappement s'étend de OE(A) (ouverture de la soupape d'échappement) jusqu'à FE(A) (fermeture de cette même soupape), qui se situe un peu au-delà du point mort haut PMH(A) de ce même cylindre. Au début de l'échappement, la pression croit rapide- ment, par suite de l'effet de bouffée bien connu. Elle passe par un maxi mum puis décroît jusqu'à l'ouverture OE( de la soupape d'échappement du cylindre suivant B, dans l'ordre de la distribution. La pression remon- te ensuite comme précédemment. Pour le cylindre A, l'ouverture de la sou- pape d admission OA(A) commence un peu avant son point mort haut, de sorte que pendant un certain temps il existe un recouvrement des soupapes établissant une communication directe entre le collecteur d'admission et le collecteur d'échappement. - On sait par ailleurs que pour les moteurs rapides que sont les moteurs de véhicules automobiles, l'avance à l'ouverture des soupapes d'échappement est en général assez importante de sorte que le point OE(8) précède largement le point PMH(A). Compte tenu des valeurs habituelles des avances à l'ouverture d'échappement, il en résulte qu'au moment du croisement des soupapes la pression à l'échappement P(e) est en général supérieure à la pression d'alimentation en air P(a) fournie par le compresseur. Pendant cet intervalle de temps, il en résulte un débit des gaz qui s'écoulent de l'échappe- ment vers '1 admission à travers les deux soupapes et le fond du cylindre. Au moment de la fermeture de la soupape d'échappement, le fond de cylindre contient alors des gaz brûlés à une pression et une température élevées, et une portion des gaz brûlés occupe un certain volume dans la chapelle d'admission. Quand l'admission se 258 1 424 poursuit, les gaz brûlés contenus dans le fond du cy- lindre se détendent d'abord, puis le volume des gaz brûlés contenus dans la chapelle d'admission est as-piré avant que de l'air froid soit admis dans le cylindre. On constate alors une réduction du coefficient de remplissage et un accroissement de la température moyenne en fin d'admission qui est néfaste et qui dans les moteurs à essence en particulier, accroit les risques de détonation. Si l'on considère l'agencement de la Fig. 2, qui représente schématiquement par ses quatre cylin- dres 1, 2, 3, 4 un moteur à combustion interne M sura- limenté par un turbocompresseur, on voit que le col- lecteur d'échappement est agencé de façon à regrouper les cylindres deux par deux, de manière que deux cy- lindres successifs dans l'ordre d'allumage échappent dans des conduits différents. L'ordre d'allumage étant supposé être 1, 3, 4, 2, les cylindres 1 et 4 d'une part et 2 et 3 d'autre part sont regroupés et débou- chent dans les deux collecteurs C1, C2 qui se rejoi- gnent a l'entrée de la turbine T du turbocompresseur. On voit sur le schéma de la Fig. 2 que la longueur L. de la portion de conduit d'échappement i comprise entre un cylindre donné i et le cylindre précédent dans l'ordre d'allumage est différente pour chaque couple de cylindres: L4 Suivant l'invention, on règle l'avance à l'ouverture d'échappement pour chacun des cylindres en fonction de la longueur que l'onde de bouffée doit parcourir à partir du cylindre considéré, pour attein- dre le cylindre précédent, dans l'ordre d'allumage. Ce réglage s'effectue de façon connue en disposant conve- nablement les cames sur l'arbre à cames et/ou en choi- sissant en conséquence le profil de ces cames. Ainsi, pour le cas de la Fig. 2, l'avance à l'ouverture d échappement des quatre cylindres s'éche- lonne dans l'ordre suivant: AOE4 Les écarts correspondants sont de préférence du même ordre de grandeur que les quantités: L. LD ti- i x 6N C Dans ces formules N est la vitesse du moteur en tours/minute, pour laquelle on désire obtenir un résultat optimal; cette vitesse peut être choisie à volonté entre le ralenti et la vitesse maximale, sui- vant la destination du moteur. Un tel décalage des avances à l'ouverture d'échappement aboutit à ce que les ondes des bouffées d'échappement des différents cylindres parviennent aux soupapes des cylindres qui les précèdent dans l'ordre d'allumage, à peu près au même instant par rapport au point mort haut de ces derniers, pour la vitesse N du moteur. Bien entendu, pour une valeur différente de N, cette propriété n'est plus rigoureusement exacte, mais au point mort haut, la pression qui règne dans le conduit d'échappement reste voisine du minimum et les inconvénients liés à une valeur élevée de celle-ci disparaissent quand même. Le choix de la vitesse N à prendre en compte dans la formule ci-dessus peut alors être effectué de manière à éviter ces inconvénients et en particulier les contre-balayages, pour tous les cylindres, aux régimes les plus utiles et surtout au voisinage de la vitesse maximale. 2581 424 A titre d'exemple: Si l'on a L = 0,30 m, L 2= 0,36 m, L = 0,54 m, L3L = 0, 48 m, en choisissant N = 5000 t/m, sachant que C = 600 m/s, on trouve A 0, = 15-, Ad 2 18', 2= A 27, A" 3= 24 On peut alors prendre, par exemple, les va- leurs suivantes pour les avances à l'ouverture échap- pement: AOE4 = 23, AOE2 = 26', AOE1 = 35', AOE = 32', ou des valeurs proches de celles-ci et, dans ces conditions, le minimum de la courbe qui donne la pression d'échappement à la sortie d'un cylindre se situera sensiblement à 8' avant le point mort haut de ce cylindre. Bien entendu l'invention s'applique quelle que soit la disposition des conduits d'échappement du moteur et notamment à une disposition plus classique telle que représentée à la Fig. 3. Les décalages des ouvertures à l'échappement sont bien entendu adaptés en conséquence pour tenir compte des longueurs de conduits d'échappement entre les différents cylindres. Dans toutes les configurations, la mise en oeuvre de l'invention permet d'éliminer dans une très large mesure les inconvénients analysés précédemment et d'améliorer les conditions de remplissage des cy- lindres et donc le rendement du moteur. 2 5 8 1 4 2 4 REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande de la distribution d'un moteur à combustion interne (M) à plusieurs cy- lindres suralimenté par au moins un turbocompresseur dont la turbine (T) est entrainée par les gaz d'échap- pement du moteur, caractérisé en ce qu'on règle l'a-- vance à l'ouverture des soupapes d'échappement des différents cylindres (1, 2, 3, 4) en fonction de la longueur de la portion de conduit d'échappement com- prise entre chaque cylindre et le cylindre précédent, dans l'ordre d'allumage. 2.- Procédé suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ce réglage est tel que les ondes des bouffées d'échappement de chaque cylindre par- viennent au cylindre précédent, dans l'ordre d'alluma- ge, avec un décalage dans le temps à peu près constant par rapport au point mort haut dudit cylindre précé- dent, pour un régime déterminé du moteur. 3.- Procédé suivant la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le décalage étant représenté par une variation de la position angulaire d'une came portée par un arbre à cames et commandant la soupape d'échappement d'un cylindre déterminé, ce décalage est choisi de la façon suivante: L t$ = x 6 N o: - L est la longueur de la portion de conduit d'échap- pement comprise entre le cylindre déterminé et le cylindre précédent dans l'ordre d'allumage - C est la célérité du son; et, - N la vitesse du moteur en tours/minute pour laquelle on désire un résultat optimal. 258 1 424 4.- Moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, suralimenté par au moins un turbocompres- seur dont la turbine (T) est entraînée par les gaz d'échappement du moteur (M), et muni d'un dispositif de distribution déterminant, notamment, l'instant d'ouverture des soupapes d'échappement des divers cy- lindres, caractérisé en ce que le dispositif de dis- tribution est agencé de telle façon que l'avance à l'ouverture des soupapes d'échappement des différents cylindres (1, 2, 3, 4) soit réglée en fonction de la longueur de la portion de conduit d'échappement com- prise entre chaque cylindre et le cylindre précédent dans l'ordre d'allumage. 5.- Moteur suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que ce réglage est tel que les ondes des bouffées d'échappement de chaque cylindre par- viennent au cylindre précédent, dans l'ordre d'allu- mage, avec un décalage dans le temps à peu près cons- tant par rapport au point mort haut dudit cylindre précédent, pour un régime déterminé du moteur. 6.- Moteur suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que ce décalage étant représenté par une variationLO(Cde la position angulaire d'une came portée par un arbre à cames et commandant la soupape d'échappement d'un cylindre déterminé, ce décalage est choisi de la façon suivante: L A = C x 6 N ou: - L est la longueur de la portion de conduit d'échap- pement comprise entre le cylindre déterminé et le cylindre précédent dans l'ordre d'allumage; - C est la célérité du son; et, - N la vitesse du moteur en tours/minute pour laquelle on désire un résultat optimal.