Brevet FR2670837A1 — publié le 19920626

Moteur à combustion interne à compression du mélange, avec insufflage d'air secondaire et mesure du débit d'air dans le tuyau d'admission La présente invention concerne un moteur à combustion interne à compression du mélange avec insufflage d'air secondaire et mesure du débit d'air dans le tuyau d'admission, présentant une valve de coupure d'air secondaire qui est disposée dans une conduite d'air secondaire et se trouve en position ouverte pendant la phase de mise en température, et une soupape d'injection, à injection séquentielle de carburant, disposée dans le tuyau d'admission qui présente un débit- mètre d'air et un papillon. Des moteurs à combustion interne de ce type, connus dans des véhicules de série de la présente demanderesse, sont équipés de conduites d'air secondaire par lesquelles l'air aspiré par une pompe d'air secondaire et filtré est, pendant la phase de mise en température du moteur, refoulé vers le côté d'échappement par l'intermédiaire d'une valve commandée de coupure d'air secondaire On obtient ainsi une ré- action accélérée des catalyseurs. Le moteur présente en outre une injection séquentielle de carbu- rant, qui fournit à chaque cylindre la quantité correcte de carburant au moment optimal. La présente invention a pour but, pour un moteur à combustion interne du type mentionné en introduction, de prévoir des mesures permettant d'obtenir, dans la phase de démarrage et de mise en tempé- rature, de nouvelles améliorations en ce qui concerne la préparation du mélange et la diminution des composants nocifs des gaz d'échappement. L'invention atteint ce but par le fait qu'on a disposé à côté de la conduite d'air secondaire une conduite d'air supplémentaire, dotée d'une valve d'isolement d'air qui mène à la soupape d'injection pour fournir l'enveloppe d'air et est commutée en position de passage au moins pendant la phase de démarrage et de mise en température du moteur. En utilisant une soupape d'injection avec assistance d'air, ali- mentée en air d'une manière commandée, l'air étant prélevé du disposi- tif existant d'insufflage d'air secondaire tant pendant la phase de dé- marrage que pendant la phase de mise en température, le débit d'air qui était jusqu'alors insuffisant pendant ces phases peut être adapté à la consommation d'air de la soupape d'injection à assistance d'air qui est nécessaire pour obtenir une préparation optimale du mélange. Certes, on connaît par le brevet américain 4 557 241 un moteur à combustion interne doté d'une soupape d'injection à assis- tance d'air, mais l'assistance d'air s'y effectue de manière non com- mandée. Selon une caractéristique supplémentaire, la conduite d'air, me- nant à la soupape d'injection, bifurque de la conduite d'air secondaire en amont de la valve de coupure d'air secondaire Selon une une variante, la conduite, menant à la soupape d'injection, bifurque d'un tronçon du tuyau d'admission qui se trouve entre le débitmètre d'air et le papillon Selon une autreune autre variante, la conduite d'air secondaire bifurque d'un tronçon du tuyau d'admission qui se trouve entre le débitmètre d'air et le papil- lon Selon une autre variante, une conduite menant à un réservoir d'air bifurque entre la valve de coupure d'air secondaire et la valve d'isolement d'air, cette conduite étant dotée d'une valve de commande qui n'est commutée en position de passage que pendant la mise en température transitoire du moteur, en -présence d'un enrichissement d'accélération extrême De préférence, un reniflard est monté dans la conduite d'air entre la valve d'isolement et la soupape d'injection Selon une autre variante t, la conduite d'air secondaire et la conduite d'air sont séparées l'une de l'autre de telle sorte que la conduite d'air secondaire bifurque en amont et la conduite d'air en aval du débitmètre d'air De préférence un suralimenteur, prévu pour des moteurs suralimentés, est disposé en amont de la conduite d'air secondaire bifurquant du tuyau d'admission. Selon une variante, une seule pompe d'air secondaire et pour l'enveloppe d'air. Selon une autre variante de réalisation, il est prévu, pour l'insuflage d'air secondaire et l'enveloppe d'air, un suralimenteur qui, pour des des moteurs suralimentés, est disposé entre la conduite d'air secondaire bifurquant du tuyau d'admission et le débitmètre d'air Selon une autre variante, une conduite de dérivation est prévue, qui bifurque de la con- duite d'air secondaire, contourne la pompe d'air secondaire et débouche en aval de la valve d'isolement d'air, et quiest dotée d'une valve d'isolement de dérivation qui n'est en position fermée que pen- dant la phase de démarrage et de mise en température. L'exposé qui suit décrit plus en détails l'objet de l'invention à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un moteur à combustion interne avec un système de conduites côté admission et côté échappement, une pompe d'air secondaire aspirant directement de l'air de l'atmosphère exté- rieure pour l'insufflage d'air secondaire, et avec une conduite d'air, menant à la soupape d'injection, qui bifurque de la conduite d'air se- condaire, la figure 2 représente l'aspiration d'air à partir du tuyau d'admission, la figure 3 représente, dans le système de conduites, une conduite de dérivation, dotée d'une valve d'isolement d'air, qui contourne la pompe d'air secondaire, la figure 4 représente la disposition d'un réservoir d'air dans le système de conduites, la figure 5 représente la disposition d'un suralimenteur à la place d'une pompe d'air secondaire, la figure 6 représente la conduite d'air secondaire et la conduite d'air séparées l'une de l'autre, en présence d'un suralimenteur, la figure 7 représente un système de conduites similaire à celui de la figure 1, mais avec une conduite d'air bifurquant du tuyau d'admission, la figure 8 représente, dans le système de conduites, un reniflard en amont de la soupape d'injection. Un moteur à combustion interne 2 à compression du mélange équipé d'un catalyseur 1, avec insufflage d'air secondaire, mesure du débit d'air et injection séquentielle de carburant, est doté d'une conduite d'air secondaire 6, qui mène à un tuyau d'échappement 3 et présente une pompe d'air secondaire 4 et une valve de coupure d'air secondaire 5, et dont bifurque, entre la pompe et la valve, une conduite d'air 7 qui est reliée à une soupape d'injection 10 fixée dans le tuyau d'admission 8 à proximité d'une soupape de commande d'admission 9 Une valve d'isolement d'air 11 est prévue dans la conduite d'air 7 Un débitmètre 13 est disposé en amont d'un papillon 12 dans le tuyau d'admission 8, débitmètre dont les signaux, de même que d'autres signaux fonction de paramètres de fonctionnement tels que le régime, la charge, la température, sont transmis à un appareil de commande électronique 14 qui, en traitant ces signaux, asservit en conséquence la soupape d'injection 10, la valve de coupure d'air se- condaire 5 et la valve d'isolement d'air 11. Selon la figure 1, l'aspiration d'air s'effectue directement à par- tir de l'atmosphère extérieure dans la conduite d'air secondaire 6, en passant par un filtre 15; selon la figure 2 par contre, l'air est prélevé du tuyau d'admission 8 La conduite d'air secondaire 6 part alors d'un tronçon 8 a du tuyau d'admission qui se trouve entre le débitmètre 13 et le papillon 12 La référence 16 désigne un filtre à air dans le tuyau d'admission 8, en amont du débitmétre d'air 13. Dans les deux modes de réalisation selon les figures 1 et 2, le fonctionnement est le suivant. Dans la phase de démarrage, la pompe d'air secondaire 4 est mise en service, la valve de coupure d'air secondaire 5 étant fermée et empêchant ainsi initialement l'insufflage d'air secondaire, tandis que la valve d'isolement d'air 11 est ouverte et fournit déjà une assistance d'air pour la soupape d'injection 10 Au bout d'environ trois à cinq secondes, au début de la phase de mise en température (en service transitoire), la valve de coupure d'air secondaire 5 s'ouvre, la valve d'isolement d'air 11 restant ouverte La coupure de la valve d'air se- condaire s'effectue en fonction du régime, de la charge et de la tempé- rature L'assistance d'air peut elle aussi être supprimée à la fin de la phase de mise en température La conception de l'assistance d'air et de l'insufflage d'air vis-à-vis du besoin d'air, de la différence de pres- sion surcritique, de la vitesse du son en passe étroite, permet de cor- riger la durée d'injection par le calcul ou en fonction d'une courbe caractéristique L'écart de la correction par rapport au besoin réel d'air du moteur reste faible. L'exemple de réalisation selon la figure 3 se différencie de la fi- gure 2 par la conduite supplémentaire de dérivation 17, qui contient une valve d'isolement de dérivation 18 La conduite de dérivation 17 contourne la pompe d'air secondaire 4 et débouche dans la conduite d'air 7 entre la valve d'isolement d'air 11 et la soupape d'injection 10. Le fonctionnement de cet exemple de réalisation correspond pour l'essentiel à celui déjà décrit; en outre toutefois, la conduite de déri- vation 17 qui y est prévue n'est pas opérationnelle pendant la phase de démarrage et de mise en température Ce n'est qu'une fois que la valve de coupure d'air secondaire 5 et la valve d'isolement d'air 11 sont fermées, à la fin de la phase de mise en température, que la valve d'isolement de dérivation 18 s'ouvre, et reste ouverte même en service transitoire L'air de dérivation se régule automatiquement en fonction de la position du papillon, c'est-à-dire que la chute de pres- sion à la soupape d'injection tend vers zéro tandis que la charge aug- mente, de sorte qu'il n'y a plus d'assistance d'air en pleine charge. La variante représentée sur la figure 4 est identique à celle de la figure 2, à l'exception de la disposition d'un réservoir d'air 19, dont la conduite 20, dotée d'une valve de commande intercalée 21, bifurque de la conduite d'air secondaire 6 entre la pompe d'air secondaire 4 et la valve de coupure d'air secondaire 5. Le fonctionnement est le même que pour la figure 2, la valve de commande 21 étant fermée pendant environ trois secondes pendant la phase de démarrage et restant ensuite, pendant la phase de mise en température, ouverte jusqu'à ce qu'une pression d'accumulation donnée soit atteinte dans le réservoir d'air 19 et ferme à nouveau la conduite Toutefois, dès qu'un enrichissement d'accélération est décelé pen- dant la phase de mise en température, c'est-à-dire une augmentation surproportionnelle de charge par unité de temps, le réservoir d'air devient opérationnel par ouverture temporaire de la valve de commande 21, afin de compenser l'insuffisance de quantité d'air engendrée par l'enrichissement d'accélération à la soupape d'injection 10. La figure 5 représente une variante correspondant à la figure 2, si ce n'est que la pompe d'air secondaire 4 disposée dans la conduite d'air secondaire 6 est ici remplacée par un suralimenteur 22, qui est incorporé dans le tuyau d'admission 8 entre le débitmètre d'air 13 et le point de bifurcation 23 pour l'insufflage d'air secondaire. Dans la variante de la figure 6, la conduite d'air 7 est séparée de la conduite d'air secondaire 6 La bifurcation de la conduite d'air 7 se trouve entre le débitmètre d'air 13 et le papillon 12, tandis que la bifurcation de la conduite d'air secondaire 6 se trouve entre le sur- alimenteur 22 et le débitmètre d'air 13. Sur la figure 8, la conduite d'air 7 est équipée, en amont de la soupape d'injection 10, d'un reniflard 24 qui, sur la base de la pulsa- tion de pression produite, permet une meilleure préparation du mélange ainsi qu'une diminution du flux massique d'air pour une même action sur le jet de carburant. La figure 7 représente un mode de réalisation simplifié, qui se différencie de celui de la figure 1 par le fait que la conduite d'air 7 contenant la valve d'isolement d'air Il ne bifurque pas de la conduite d'air secondaire 6, mais du tuyau d'admission 8 en amont du papillon 12. Il n'est pas nécessaire ici de corriger les proportions carburant/airpour le moteur, étant donné que l'air destiné à l'enveloppe d'air est bi- furqué en aval de la mesure du débit d'air. Le reniflard 24 peut être utilisé dans tous les exemples de réali- sation, sauf celui de la figure 3 présentant une conduite de dérivation 17: en effet, la pompe d'air secondaire 4 ou le suralimenteur 22 pro- duit une chute de pression au reniflard 24, de sorte qu'une mem- brane 25 agissant à l'encontre d'une force de ressort ouvre le tronçon de conduite d'air 7 a menant à la soupape d'injection 10. REVENDICATIONS 1 Moteur à combustion interne à compression du mélange avec insufflage d'air secondaire et mesure du débit d'air dans le tuyau d'admission, présentant une valve de coupure d'air secondaire qui est disposée dans une conduite d'air secondaire et se trouve en position ouverte pendant la phase de mise en température, et une soupape d'injection, à injection séquentielle de carburant, disposée dans le tuyau d'admission qui présente un débitmètre d'air et un papillon, c a r a c t é r i S é en ce qu'on a disposé à côté de la conduite d'air secondaire ( 6) une conduite d'air ( 7) supplémentaire, dotée d'une valve d'isolement d'air ( 11) qui mène à la soupape d'injection ( 10) pour fournir l'enveloppe d'air et est commutée en position de passage au moins pendant la phase de démarrage et de mise en température du moteur. 2 Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la conduite d'air ( 7), menant à la soupape d'injection ( 10), bifurque de la conduite d'air secondaire ( 6) en amont de la valve de coupure d'air secondaire ( 5). 3 Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la conduite ( 7), menant à la soupape d'injection ( 10), bifurque d'un tronçon du tuyau d'admission qui se trouve entre le débitmètre d'air ( 13) et le papillon ( 12). 4 Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la conduite d'air secondaire ( 6) bifurque d'un tronçon du tuyau d'admission qui se trouve entre le débitmètre d'air ( 13) et le papillon ( 12). Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'une conduite ( 20), menant à un réservoir d'air ( 19), bi- furque entre la valve de coupure d'air secondaire ( 5) et la valve d'isolement d'air ( 11), cette conduite ( 20) étant dotée d'une valve de commande ( 21) qui n'est commutée en position de passage que pendant la mise en température transitoire du moteur, en présence d'un enri- chissement d'accélération extrême. 6 Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un reniflard ( 24) est monté dans la conduite d'air ( 7) entre la valve d'isolement ( 11) et la soupape d'injection ( 10). 7 Moteur à combustion interne selon les revendications 2 et éventuellement 5 et 6, caractérisé en ce que la conduite d'air secon- daire ( 6) et la conduite d'air ( 7) sont séparées l'une de l'autre de telle sorte que la conduite d'air secondaire ( 6) bifurque en amont et la conduite d'air ( 7) en aval du débitmètre d'air ( 13). 8 Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une seule pompe d'air secon- daire ( 4) est prévue pour l'insufflage d'air secondaire et pour l'enveloppe d'air. 9 Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'est prévu, pour l'insufflage d'air secondaire et l'enveloppe d'air, un suralimenteur qui, pour des moteurs suralimentés, est disposé entre la conduite d'air secondaire ( 6) bifurquant du tuyau d'admission ( 8) et le débitmètre d'air ( 13). 10 Moteur à combustion interne selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'un suralimenteur ( 22), prévu pour des moteurs sur- alimentés, est disposé en amont de la conduite d'air secondaire ( 6) bi- furquant du tuyau d'admission ( 8). 11 Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6 et 8, caractérisé en ce qu'une conduite de dériva- tion ( 17) est prévue, qui bifurque de la conduite d'air secondaire ( 6), contourne la pompe d'air secondaire ( 4) et débouche en aval de la valve d'isolement d'air ( 11), et qui est dotée d'une valve d'isolement de dérivation ( 18) qui n'est en position fermée que pendant la phase de démarrage et de mise en température.