Brevet FR2685382A1 — publié le 19930625

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'INTRODUCTION DE GAZ ADDITIONNELS DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'introduction de gaz additionnels dans un moteur à combustion interne, équipant notamment les véhicules automobiles. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui mobilisée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces contraintes et ce sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Le fonctionnement à faible charge des moteurs est une source particulièrement importante d'émission de polluants du fait de l'instabilité de la combustion. Pour stabiliser la combustion à faible charge et ainsi diminuer la quantité de polluants émis, il est connu d'accroître la turbulence (ou Swirl) du mélange air-carburant admis dans les cylindres en introduisant des gaz additionnels, et notamment de l'air frais additionnel,,à l'admission sous forme de jets aptes à favoriser la formation de tourbillons lors de l'admission dans les cylindres. Un tel système est notamment décrit dans la demande de brevet français n02,486.156. Classiquement les moteurs à combustion interne équipés de jets d'air comportent dtes conduits secondaires d'admission d'air débouchant dans les conduits principaux d'admission en arrière des soupapes. Ces conduits secondaires sont directement raccordés au circuit d'air en amont de la vanne papillon. Cette caractéristique essentielle pour obtenir des jets d'air à faibles charges (et donc papillon des gaz fermé) présente toutefois l'inconvénient de faire bipasser les organes de préparation du mélange, carburateur ou injecteur, par des quantités d'air trop importantes, ce qui peut entraîner des problèmes de répartition de carburant entre les cylindres et d t appauvrissement du mélange.Par ailleurs la vitesse d'écoulement des différents jets d'air est affectée par les pressions régnant dans les différents conduits, ce qui ne garantit pas l'obtention d'une vitesse de jet suffisante pour les turbulences souhaitées. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'introduction d'air additionnel qui pallie aux inconvénients précédents, de conception relativement simple. Le procédé d'introduction de gaz additionnels pour un moteur à combustion interne, selon l'invention, utilise une pluralité de trajets d'écoulement'des gaz pour alimenter les différentes chambres de combustion dudit moteur. Selon l'invention, le procédé d'introduction de gaz additionnels est caractérisé en ce que la circulation des gaz additionnels dans chacun des trajets d'écoulement n'est autorisé que pendant une fraction de la période de remplissage de la chambre à combustion correspondante en fonction des valeurs prises par au moins un paramètre de fonctionnement dudit moteur. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, le débit des gaz additionnels dans chacun des trajets d'écoulement est ajusté en fonction des valeurs prises par au moins un paramètre de fonctionnement dudit moteur. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Le dispositif d'introduction de gaz additionnels suivant l'invention, concerne un moteur à combustion interne ayant une pluralité de chambres de combustion. Chacune des chambres de combustion du moteur est alimentée en air comburant par un conduit d'admission principal débouchant dans la chambre par un siège sur lequel peut s'appliquer une soupape. Un conduit secondaire débouche dans chacun des conduits principaux de façon à pouvoir injecter des gaz additionnels dans les chambres de combustion. Selon l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'obturation équipant chacun des conduits d'admission secondaires, les moyens d'obturation étant commandés pour autoriser de façon sélective le passage des gaz additionnels et pour en ajuster le débit. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique montrant un dispositif d'introduction de gaz additionnels selon la présente invention la figure 2 est une vue en coupe transversale des moyens obturateurs équipant le dispositif d'introduction de gaz additionnels schématisés à la figure 1 les figures 3, 4 et 5 sont des vues de détail des éléments constituant le distributeur rotatif représenté à la figure 2. La figure 1 représente en coupe l'une des chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et allumage par étincelle. Seuls ont été figurés les éléments essentiels à la compréhension de l'invention. La culasse est traversée par un conduit d'admission principal (3) débouchant directement dans la chambre de combustion (1) par un siège sur lequel peut s'appliquer une soupape (5). Ce conduit principal (3) est raccordé directement à un collecteur d'air ou plénum non figuré commun à l'ensemble des chambres, le plénum est lui-même alimenté en air comburant par l'intermédiaire d'un circuit débouchant Ià l'atmosphère et comprenant un filtre à air et un boîtier papillon à un ou plusieurs corps pilotant le débit d'air alimentant les chambres de combustion. Les gaz additionnels sont introduits dans la chambre de combustion (1) par un conduit d'admission spécifique (7) désigné ci-après conduit d'admission secondaire, de plus petit diamètre et débouchant dans le conduit principal (3) en arrière de la soupape d'admission par un orifice adéquat convenablement orienté. Le conduit secondaire (7) est relié à un circuit d'amenée de gaz additionnels commun à l'ensemble des conduits secondaires. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention où les gaz additionnels sont constitués par de l'air frais, le circuit d'amenée des gaz additionnels est directement connecté au circuit d'amenée de l'air frais au plénum, en amont du papillon des gaz. Le conduit d'admission secondaire des gaz additionnels (7) est muni de moyens obturateurs (2) aptes à autoriser le passage et à ajuster le débit des gaz additionnels de façon sélective suivant le fonctionnement du moteur. Les moyens obturateurs étant pilotés par des moyens de commande (12) tel qu'un calculateur d'injection. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. A partir d'une cartographie prédéterminée prenant en compte les différents paramètres de fonctionnement du moteur, tels que le régime, la charge, la température d'eau, etc..., le calculateur d'injection (12) pilote les moyens obturateurs(2). Ces derniers sont manoeuvrés de manière à autoriser et à ajuster le passage des gaz additionnels à l'intérieur des conduits secondaires (7) uniquement pendant une fraction de la phase de remplissage des chambres de combustion correspondantes, c'est-à-dire pendant l'ouverture des soupapes d'admission (5). Le moment de début d'injection ainsi que le temps d'injection sont adaptés en fonction du fonctionnement du moteur d'après la cartographie. La présence de moyens obturateurs autorisant la circulation sélective des gaz additionnels dans chacun des conduits d'admission secondaires présente de nombreux avantages - une diminution du débit d'air bipassant l'organe de préparation du mélange, et donc une diminution des problèmes de répartition d'essence, - l'obtention de jets d'air de type "sonique, ce qui améliore considérablement la formation des turbulences, - et, la faculté d'ajuster à tout moment les débits d'air tant en débit et qu'en période d'injection. De plus grâce au dispositif qui vient d'être décrit la préparation du mélange air-essence peut être réalisée soit en injectant classiquement le carburant directement dans le conduit principal (3), par exemple en positionnant une buse d'injection dans le puits d'injecteur (4d), soit en opérant la carburation du jet d'air. La carburation du jet d'air est possible en utilisant un système de type monopoint : un seul injecteur dans un puits d'injecteur (4c) disposé en amont des moyens obturateurs (2) alimente l'ensemble des conduits secondaires. Il est possible également de réaliser la carburation du jet d'air par un système de type multipoint, en disposant un injecteur par conduit secondaire d'admission dans un puits d'injecteur (4b) disposé en aval des moyens obturateurs (2). Cette dernière solution a pour avantage de diminuer le temps de réponse du système et de minimiser le mouillage des parois. La figure 2 précise un mode de réalisation des moyens obturateurs décrits précédemment. Il s'agit d'un distributeur mécanique rotatif pilotant simultanément ltensemble des conduits d'admission secondaires. Ce distributeur rotatif comprend un corps ou boîtier de distributeur (20) muni d'un alésage central au fond duquel est montée, en appui contre un épaulement, une chambre annulaire (21) rapportée. Cette chambre (21) est constituée par l'assemblage étanche de deux éléments de paroi complémentaires, de révolution coaxiaux, un élément intérieur (210) et un élément extérieur (211). Un couvercle (25) vient se fixer à la partie supérïeure du boîtier et emprisonner la chambre (21). La chambre (21) comporte un orifice latéral d'entrée des gaz additionnels non figuré directement relié au circuit d'amenée des gaz additionnels, et une pluralité d'orifices de sortie (22) (autant que de conduits d'admission secondaires), débouchant sur le dessus de la chambre. Comme cela est précisé à figure 3, ces orifices (22), traversant l'élément (210), des passages sensiblement identiques et de dimension prédéterminée régulièrement répartis à la surface de la chambre (21). Ces orifices (22) coïncident avec des orifices (26) similaires portés par le couvercle (25) et prolongés par des conduits (27) destinés à déboucher chacun par un conduit secondaire spécifique. La figure 5 précise l'implantation des orifices (26) à la périphérie du couvercle (25). Un disque rotatif (24) percé d'une ouverture (29) permet de faire circuler les gaz additionnels entre les orifices correspondants de la chambre (21) et du couvercle (25). Pour ce faire un arbre (23), disposé coaxialement à la chambre, tourillonne dans l'élément intérieur (210) formant manchon. Une extrémité de l'arbre se termine audessus de la chambre (21) et supporte un disque (24) pourvu d'une ouverture (29). Le disque présenté à la figure 4 présente une ouverture (29) dont les dimensions sont soigneusement définies. Conformément à ce qui vient d'être décrit, le fonctionnement du distributeur est le suivant. L'arbre (23) entraîné par le moteur autorise alternativement le passage des gaz additionnels dans chacun des conduits (27), en faisant coïncider l'ouverture du disque et les orifices correspondants de la chambre (21) et du couvercle (25). Suivant différents paramètres de fonctionnement du moteur tel que le régime, la charge ou la température, il est possible de modifier la période d'injection de l'air additionnel en tournant le boîtier (20) par rapport à l'arbre (23) en utilisant des moyens de commande mécaniques hydrauliques ou électro-mécanique, il est également possible de modifier la durée d'injection en air et donc le débit des gaz additionnels en faisant pivoter le couvercle (25) du distributeur par rapport au reste du boîtier, les orifices (26) portés par le couvercle sont alors décalés par rapport aux orifices de sortie (22) de la chambre (21), ce qui diminue la section de passage des gaz. Ainsi le distributeur précédemment décrit permet non seulement de régler le passage des gaz mais encore de modifier les conditions de mise en oeuvre des jets d'air dans chacune des conduits secondaires. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous lps équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leur combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi les moyens obturateurs peuvent être constitués par des électrovannes, une électrovanne par conduit d'admission secondaire. Ces électrovannes étant commandées, en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur, par exemple directement par le calculateur d'injection. Ainsi les gaz additionnels peuvent être constitués par des gaz brûlés en provenance du collecteur d'échappement, ou bien encore par un mélange gaz brûlés et air frais. L'utilisation de deux types de gaz additionnels, air frais et/ou gaz d'échappement, permet d'ajuster au mieux les caractéristiques du mélange admis dans les chambres de combustion. Par exemple, sur les zones de fonctionnement les plus chargées des cycles normalisés où la stabilité du moteur est correcte, on privilégie une forte recirculation des gaz d'échappement pour obtenir une efficacité importante en dépollution sur les oxydes d'azotes. REVENDICATIONS [1] Procédé d'introduction de gaz additionneXs, pour un moteur à combustion interne, utilisant une pluralité de trajets (7) d'écoulement des gaz pour alimenter les différentes chambres de combustion (1) dudit moteur, caractérisé en ce que la circulation des gaz additionnels dans chacun desdits trajets (7) n'est autorisé que pendant une fraction de la période de remplissage de la chambre (1) à combustion correspondante en fonction des valeurs prises par au moins un paramètre de fonctionnement dudit moteur. [2] Procédé d'introduction de gaz additionnels selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit des gaz additionnels dans chacun desdits trajets (7) est ajusté en fonction des valeurs prises par au moins un paramètre de fonctionnement dudit moteur [3] Procédé d'introduction de gaz additionnels selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz additionnels ainsi injectés dans les chambres de combustion (1) sont composés d'air frais et/ou de gaz d'échappement. [4] Dispositif d'introduction de gaz additionnels pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, chacune des chambres de combustion (1) dudit moteur étant alimentée en air comburant par un conduit d'admission principal (3) débouchant dans ladite chambre (1) par un siège sur lequel peut s'appliquer une soupape (5), un conduit secondaire (7), définissant un trajet d'écoulement pour les gaz additionnels, débouchant dans ledit conduit principal (3) de façon à pouvoir injecter des gaz additionnels dans ladite chambre de combustion (1) à travers ledit siège, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'obturation (2) équipant ledit conduit d'admission secondaire (7), les moyens d'obturation étant commandés pour autoriser de façon sélective le passage des gaz additionnels et pour en ajuster le débit. [5] Dispositif d'introduction de gaz additionnels selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation (2) sont formés par une électrovanne équipant ledit conduit d'admission secondaire (7), ladite électrovanne étant pilotée à partir du calculateur d'injection. t6] Dispositif d'introduction de gaz additionnels selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation (2) sont formés par un distributeur commun à l'ensemble des conduits d'admission secondaires (7), lequel distributeur commandant alternativement le passage des gaz additionnels vers chacune des chambres de combustion (1) à travers lesdits conduits secondaires (7).