Brevet FR2687190A1 — publié le 19930813

La présente invention concerne un procédé pour commander la charge d'un moteur à combustion interne à quatre temps et compression de mélange, dont le change- ment de gaz est commandé par l'intermédiaire d'au moins une soupape d'admission et une soupape d'échappement, procédé dans lequel l'instant de fermeture de la soupape d'admission est soumis, lorsque la charge diminue, à une avance dans le sens d'une réduction de l'angle de vilebrequin. D'après le document "Fortschrittsberichte", série VDI 12, N O 74, 1986, page 192, il est connu un procédé du type précité dans lequel la charge d'un moteur à combustion interne n'est plus commandée par l'inter- médiaire d'un papillon disposé dans le conduit d'admis- sion du moteur, mais au moyen d'une commande variable des soupapes, et notamment de telle sorte que, par une modification correspondante de la courbe de montée de la soupape d'admission, la quantité de mélange à intro- duire dans la chambre de combustion soit adaptée en correspondance avec la prédétermination de la charge Ainsi il est possible de réduire notamment le travail à effec- tuer par le moteur pour le changement de gaz ( il ne se produit plus aucune perte par étranglement dans le conduit d'admission), surtout dans les domaines de charge partielle basse et de charge partielle moyenne mais cependant il se produit dans ces domaines de charges dans le conduit d'admission qu'une forte dépression provoquant une évaporation du carburant ne soit plus engendrée en aval d'un papillon actionné, en provoquant une augmentation de la condensation de carburant, ce qui a une influence négative sur l'émission de substan- ces nocives dans les gaz d'échappement du moteur. D'après le document "SAE-Paper 890001 ", il est connu de produire vers la fin du temps d'admission, une ouverture de la soupape d'échappement une seconde fois pendant une courte durée de façon à obtenir ainsi un reflux de gaz d'échappement vers l'intérieur pour chauffer ainsi le contenu de la chambre de combustion, par exemple pour une amélioration du démarrage à froid. Cependant du fait que, dans tout le domaine de charge du moteur, pendant la période o la soupape d'échappement est ouverte vers la fin du temps d'admission, également la soupape d'admission est ouverte, il se produit entre la chambre de combustion et le conduit de gaz d'échappe- ment seulement une petite différence de pression, qui décroît encore quand la charge augmente, de sorte que la proportion de gaz d'échappement en retour est relati- vement petite Cela a pour conséquence qu'on n'est pas assuré d'une vaporisation complète du carburant, notamment lorsque le moteur n'a pas encore atteint son échauffement de marche normale La formation du mélange est par consé- quent seulement insuffisante de sorte qu'également dans ce cas il se produit une émission de substances nocives relativement grande D'autre part, une augmentation de la seconde course de la soupape d'échappement pour augmenter la quantité de gaz d'échappement en retour dans un domaine de basses charges partielles provoquerait une trop grande quantité de gaz d'échappement en retour pour des charges partielles supérieures et également à pleine charge, ce qui engendrerait des cognements et réduirait la puissance. L'invention a en conséquence pour but de perfectionner un procédé du type défini dans le premier paragraphe de telle sorte qu'on obtienne, notamment dans les domaines des charges partielles basses et moyen- nes, une diminution d'émission des substances nocives dans les gaz d'échappement, sans rencontrer l'inconvé- nient précité dans le domaine des charges partielles supérieures et à pleine charge. Le problème est résolu avec le procédé conforme à l'invention en ce que dans les domaines de charge partielle basse et de charge partielle moyenne, au bout d'un intervalle de temps prédéterminé après la fermeture de la soupape d'admission, la soupape d'échappement est ouverte pendant une courte durée. Du fait que le piston du moteur à combustion interne, dans le cas d'une charge partielle et après fermeture de la soupape d'admission, se déplace encore en direction du point mort bas (UT), il s'établit à l'intérieur de la chambre de combustion une dépression relativement forte, qui est d'autant plus grande que la charge du moteur est plus petite car l'instant de fermeture est décalé, lorsque la charge décroît, en direction d'un plus petit angle de vilebrequin e (décalage dans le sens d"avance") Du fait que maintenant conformé- ment à l'invention, pour cette dépression relativement grande dans la chambre de combustion, la soupape d'échap- pement est ouverte pendant une courte durée, une quantité relativement grande de gaz d'échappement encore chauds peut s'écouler en retour du conduit d'échappement vers la chambre de combustion Cette quantité relativement grande de gaz d'échappement chauds -produit un échauffe- ment du contenu de la chambre de combustion et par consé- quent également du carburant se trouvant encore sous forme de gouttes et qui peut par conséquent se vaporiser très rapidement de sorte qu'on obtient dans la chambre de combustion une formation optimale de mélange L'émis- sion de substances nocives, notamment d'hydrocarbures, est ainsi sensiblement réduite Une action additionnelle positive sur la formation du mélange et par conséquent sur l'émission de substances nocives résulte du fait que la dépression produite dans la chambre de combustion dans l'intervalle de temps séparant la fermeture de la soupape d'admission et l'ouverture de la soupape d'échappement sous l'effet du mouvement du piston en direction du point mort bas assiste additionnellement la vaporisation du carburant Pour un moteur n'ayant pas encore atteint son échauffement de marche normale, on obtient des avantages additionnels en ce qui concerne la consommation de carburant du fait que, par suite d'une meilleure formation du mélange, l'enrichissement de ce mélange peut être plus petit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 représente sous forme d'un schéma de principe un cylindre d'un moteur à combustion interne à quatre temps et compression de mélange, la Figure 2 met en évidence le procédé conforme à l'in- vention à l'aide d'un diagramme h=f(C), et la Figure 3 représente un autre exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention à l'aide d'un diagramme h=f("). La Figure 1 représente un moteur à combustion interne 1 à quatre temps et compression de mélange, dont le changement de gaz est commandé par l'intermédiaire d'une soupape d'admission 3, disposée dans un conduit d'admission 2, et par l'intermédiaire d'une soupape d'échappement 5, disposée dans un conduit d'échappement 4 La charge du moteur 1 n'est alors pas commandée, comme dans un moteur à combustion interne conventionnel, au moyen d'un papillon disposé dans le conduit d'admis- sion du moteur mais par l'intermédiaire d'une commande correspondante du mouvement de montée de la soupape d'admission 3 La modification du mouvement de montée aussi bien de la soupape d'échappement 3 que de la soupape d'admission 5 est assurée par l'intermédiaire d'un dispo- sitif approprié, qui n'a pas été représenté explicitement sur les dessins et à l'aide duquel il est possible d'obte- nir pour chaque soupape la courbe de déplacement appro- priée. Sur la Figure 2 est représentée sous la forme d'un diagramme 6 la fonction h=f(O(), qui correspond à la relation entre la course h E de la soupape d'admis- sion 3 ou bien la course h A de la soupape d'échappement et l'angle de vilebrequin O> (cf également Figure 1) dans la période correspondant au temps d'admission, cette fonction montrant que, lors de la pleine charge du moteur 1, la soupape d'admission 3 est commandée en correspondance avec la courbe de montée I alors que, dans le domaine des charges partielles moyennes elle est commandée conformément à la courbe de montée II et, dans le domaine des charges partielles basses, confor- mément à la courbe de montée III L'instant de fermeture de la soupape d'admission III est ainsi décalé, quand la charge diminue, dans le sens d'une diminution de l'angle de vilebrequin c X ( décalage dans un sens d'avan- ce ") La surface comprise entre chacune de ces trois courbes I, II et III et l'axe des abscisses 7 définit respectivement une mesure de la quantité de mélange aspirée par cycle de travail et par conséquent une mesure de la charge correspondante du moteur Sur la Fiqure 2, le symbole OT représente la position du point mort haut du piston 9 lors du passage du temps d'échappement au temps d'aspiration ( recoupement OT) Le svmoole UT désigne la position du point mort bas du piston 9 lors du passage du temps d'aspiration au temps de compres- sion Conformément à l'invention, il est prévu maintenant que dans les domaines des charges partielles basses et moyennes et encore pendant le temps d'aspîration- il se produise, à un espacement prédéterminé a A près l'instant de fermeture de la soupape d'admission 3, une ouverture de courte durée de la soupape d'échapr 'ent 5 Cela est représenté dans le diagramme 6 de la -are 2 par la courbe de montée 8 indiquée en trait interrom- pu L'espacement entre l'instant de fermeture t 1 ou 2 de la soupape d'échappement 3 et le début d'ouverture 03 de la soupape d'échappement 5 a été désigné par a " 1 dans le domaine des basses charges partielles et par t A 2 dans le domaine des charges partielles moyennes. Dans le domaine de la pleine charge (courbe I), l'ouver- ture de courte durée de la soupape d'échappement 5 ( courbe 8) est effectuée dans un domaine o la soupape d'admission 3 n'est pas encore fermée. Dans le domaine des basses charges partielles (courbe III) ou bien dans le domaine des charges partiel- les moyennes (courbe II), on obtient ainsi que, comme aucune soupape n'est ouverte entre l'instant de fermeture î 1 ou O 2 de la soupape d'admission 3 et l'instant d'ouverture O 3 de la soupape d'échappement 5, une dépres- sion soit engendrée dans la chambre de combustion 10 par le mouvement de descente du piston 9 de Q 1 ou O 2 vers O de combustion 10, deviennent de plus en plus petites. Cela a pour conséquence qu'également la quantité de gaz d'échappement revenant dans la chambre de combustion pendant l'ouverture de courte durée de la soupape d'échappement 5 est diminuée Enfin à pleine charge ( courbe III), la soupape d'admission 3 est située, pendant toute la période o la soupape d'échappement 5 est ouverte ( courbe 8), également encore dans une position d'ouverture de sorte que seulement une différen- ce de pression comparativement petite existe entre la chambre de combustion 10 et le conduit d'échappement 4 La quantité de gaz d'échappement renvoyés, dans le domaine de pleine charge, pendant l'ouverture de courte durée de la soupape d'échappement 5 est ainsi négligeable. En conséquence, il n'y a pas à craindre à pleine charge une diminution sensible de la puissance ou bien une génération de cliquetis. La quantité de gaz d'échappement renvoyés peut également être influencée par un déphasage de la course de soupape d'échappement h A et/ou de la course de soupape d'admission h E en fonction de la charge et de la vitesse de rotation Ainsi sur la Figure 3, dans un autre exemple de réalisation, on a représenté par la courbe IV la course de déplacement de la soupape d'échappement 5 pendant le temps de détente, par la courbe V la course de déplacement de la soupape d'admis- sion 3 pendant le temps d'aspiration et par la courbe 11 la course de déplacement de la soupape d'échappement se produisant conformément à l'invention pendant le temps d'aspiration à un instant espacé de l'instant de fermeture mort haut du piston 9 lors du passage du temps d'échappe- ment au temps d'aspiration ( transition-OT) et par UT 2 la position du point mort bas du piston 9 lors du passage du temps d'aspiration au temps de compression. Aussi bien le recoupement entre les deux courbes de déplacement de soupapes IV et V ( addition de la surface en hachures simples 12 avec la surface en hachures croi- sées 13) que l'espacement entre l'instant de fermeture se rend compte alors qu'aussi bien la surface de recoupe- ment des deux courbes IV' et V ( surfaces en hachures croisées 13) que l'espacement entre l'instant de ferme- ture t ES de la soupape d'admission 3 et l'instant d'ouverture o AÈ de la soupape d'échappement 5 diminuent. Cela se traduit ainsi par une diminution de la quantité de gaz d'échappement renvoyés Dans le cas inverse, qui n'a pas été représenté explicitement sur le dessin pour le simplifier, c'est-à-dire lors d'un déphasage des deux courbes IV et 11 dans le sens de "retardement" ( flèche 15), aussi bien la surface de recoupement des deux courbes IV et V que l'espacement entre l'ins- tant de fermeture pement renvoyés, augmentent. A la place d'un déphasage des deux courbes IV et 11, on peut également décaler la courbe de dépla- cement de la soupape d'admission V, auquel cas il se produit un décalage dans le sens de "retardement" (flè- che 15), c'est-à-dire une réduction de la surface de recoupement des deux courbes IV et V ainsi qu'une réduc- tion de l'espacement entre l'instant de fermeture OES de la soupape d'admission et l'instant d'ouverture XAO de la soupape d'échappement 5, ce qui a à nouveau pour conséquence une réduction de la quantité de gaz d'échappe- ment renvoyés. Enfin dans le cas inverse, c'est-à-dire dans le cas d'un décalage de la courbe de déplacement V de la soupape d'admission 3 dans le sens d"avance" (flèche 14), il se produit une augmentation de la surface de recoupement entre les deux courbes IV et V ainsi qu'une augmentation de l'espacement entre l'instant de fermeture E de la soupape d'admission 3 et l'instant d'ouverture ES AO de la soupape d'échappement 5 Ces deux influences ont alors pour conséquence une augmentation du renvoi de gaz d'échappement. Le procédé conforme à l'invention peut, pour des domaines déterminés de marche, être également combiné à un renvoi de gaz d'échappement à l'extérieur ( renvoi effectué par l'intermédiaire d'un conduit séparé de renvoi de gaz d'échappement). REVENDICATIONS 1 Procédé pour commander la charge d'un moteur à combustion interne à quatre temps et compression de mélange, dont le changement de gaz est commandé par l'intermédiaire d'au moins une soupape d'admission et une soupape d'échappement, procédé dans lequel l'instant de fermeture de la soupape d'admission est soumis, lors- que la charge diminue, à une avance dans le sens d'une réduction de l'angle de vilebrequin, caractérisé en ce que dans les domaines de charge partielle basse et de charge partielle moyenne, au bout d'un intervalle de temps prédéterminé ( & c) après la fermeture de la soupape d'admission ( 3), la soupape d'échappement ( 5) est ouverte pendant une courte durée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors d'une augmentation de la charge du moteur à combustion interne, l'intervalle de temps (t c>),s'écou- lant entre la fermeture de la soupape d'admission ( 3) et l'ouverture de courte durée de la soupape d'échappement ( 5), est réduit.