Brevet FR2696209A1 — publié le 19940401

PROCEDE ET DISPOSITIF D'INJECTION DE GAZ ADDITIONNELS A L'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'introduction de gaz additionnels comburant pour 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 occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Une technique connue de dépollution des moteurs à combustion interne est la post-combustion à I'échappement. La post-combustion consiste à provoquer une oxydation du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures HC imbrûlés contenus dans les gaz d'échappement. Cette combustion hors des cylindres est possible si la température est suffisamment élevée, elle doit donc se faire près des soupapes d'échappement. La mise en oeuvre de la post-combustion est obtenue soit en insufflant un gaz comburant tel que de l'air, ou tout autre gaz apte à réaliser le post traitement des gaz d'échappement, sous pression directement dans les tubulures du collecteur d'échappement, soit encore en utilisant un réacteur thermique. L'injection d'air à l'échappement peut par ailleurs être utilisée pour assurer l'amorçage des catalyseurs, pour les moteurs équipés de pots catalytiques. Dans cette configuration l'injection d'air est alors limitée à des phases de fonctionnement bien définies du moteur. Dans un cas comme dans l'autre, le procédé d'injection de gaz comburant consiste à insuffler de l'air simultanément dans l'ensemble des tubulures d'échappement et en continue pendant toute la durée d'injection des gaz comburants. Un tel procédé présente l'inconvénient de prélever une partie importante de la puissance du moteur pour faire fonctionner la pompe nécessaire à l'amenée des gaz sous pression et d'engendrer une surconsommation du moteur. L'injection en continue provoque par ailleurs un surdébit de gaz comburant avec pour effet un refroidissement des gaz d'échappement et donc retarde l'amorçage du catalyseur. De plus l'excès de débit de gaz comburants interdit tout bouclage possible sur les systèmes à richesse régulée. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé d'injection de gaz comburants à l'échappement et un dispositif pour sa mise en oeuvre qui pallient aux inconvénients de l'art antérieur précité. Le procédé d'injection de gaz additionnels à l'échappement suivant l'invention, est plus particulièrement destiné à un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de chambres de combustion et des conduits d'échappement associés pour l'évacuation des gaz brûlés. Ces conduits d'échappement débouchent dans les chambres de combustion par des sièges sur lesquels peuvent s'appliquer des soupapes à tige. Le procédé utilise alors une pluralité de trajets d'amenée de gaz additionnels comburants sous pression qui débouchent directement dans les différents conduits d'échappement. Selon l'invention le dispositif d'injection de gaz additionnels comburants est caractérisé en ce que la circulation des gaz dans chacun des trajets d'amenée est contrôlée de façon à injecter une quantité de gaz comburants prédéterminée dans le conduit d'échappement correspondant, cette quantité étant adaptée suivant les valeurs prises par différents paramètres de fonctionnement du moteur, tels que températures, pressions et/ou régime moteur. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, l'injection des gaz additionnels dans les conduits d'échappement est opérée de façon séquentielle, chacun des trajets étant ouvert dans un ordre prédéterminé. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, l'injection des gaz additionnels dans chacun des conduits d'échappement est phasée, c'est-à-dire que l'injection a lieu à un instant précis du cycle de travail et notamment durant l'ouverture de la soupape d' échappement correspondante. L'invention concerne également un dispositif d'injection de gaz additionnels pour la mise en oeuvre du procédé. Un tel dispositif comprend notamment une pluralité de conduits, définissant les trajets d'amenée des gaz comburants, ces conduits débouchant dans les conduits d'échappement de façon à injecter les gaz au voisinage des soupapes. Selon l'invention le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'obturation équipant chacun des conduits d'amenée des gaz additionnels, les moyens d'obturation sont pilotés par des moyens de commande appropriés pour autoriser le passage des gaz de façon sélective et pour en ajuster le débit. Selon une autre caractéristique du dispositif, objet de l'invention, les moyens d'obturation des conduits d'amenée des gaz additionnels sous pression, sont formés par des actuateurs pilotés à partir du système électronique de contrôle moteur. 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, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle, du moteur à combustion interne selon l'invention Conformément à la figure 1, seuls les éléments du moteur nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Ainsi seule l'une des chambres de combustion du moteur du type multicylindre a été figurée. La soupape d'échappement de conception classique 10 est normalement rappelée, par un moyen conventionnel, en appui contre un siège rapporté sur une culasse 9, en position de fermeture de la soupape 10, afin d'obturer la communication entre une chambre de combustion 12 et un conduit d'échappement il pour l'évacuation des gaz brûlés. La soupape 10 est guidée en translation à l'intérieur de ladite culasse 9 par un guide de soupape emmanché de façon connue dans la culasse. Un conduit 8 d'injection de gaz comburants tels que de l'air prélevé à l'atmosphère est emmanché dans la culasse 9 et présente un orifice de sortie dans le conduit d'échappement ll au voisinage de la tête de la soupape d'échappement 10. Le conduit 8, définissant un trajet d'amenée de l'air pour le conduit d'échappement ll correspondant, est connecté à un circuit d'air sous pression. Ce circuit se compose, dans l'exemple de réalisation décrit, d'un filtre à air 1, d'une pompe d'aspiration 2 électrique et d'une rampe d'injection d'air 5 qui permet d'alimenter l'ensemble des conduits d'échappement et où débouche l'orifice d'entrée du conduit 8. Le circuit comprend également des moyens de contrôle du débit d'air, en l'occurrence une vanne d'arrêt ou soupape de surpression et une soupape antiretour, empêchant les remontées de gaz d'échappement vers la pompe. Le conduit 8 est de plus muni de moyens obturateurs, telle qu'une électrovanne 6 pilotée par des moyens de commande 7 qui permettent d'ajuster au mieux du fonctionnement du moteur le débit d'air injecté dans le conduit d'échappement 11. Ces moyens de commandes sont constitués, dans le mode dé réalisation de l'invention décrit, par le système électronique de contrôle moteur (ou calculateur d'injection) 7. Ces moyens de commande permettent de déterminer une injection d'air à l'échappement du type séquentielle phasée. Les caractéristiques de l'injection d'air, à savoir phasage du début de l'injection par rapport à la levée de la soupape d'échappement ainsi que la durée de l'injection, étant prédéterminées à partir des valeurs d'un ou plusieurs paramètres représentatifs du fonctionnement moteur : températures, pressions, régime de rotation ou encore charge moteur. Ainsi grâce au procédé objet de l'invention, le débit des gaz comburants est limité au strict nécessaire pour assurer la post combustion ou l'amorçage du catalyseur, ce qui permet de diminuer le dimensionnement de la pompe nécessaire à l'amenée des gaz sous pression et donc de diminuer la consommation de la puissance moteur par cette dernière. De plus la maîtrise de l'injection d'air à l'échappement engendrée par la présente invention, autorise la régulation de la richesse à partir d'une information donnée par une sonde lambda disposée sur le collecteur d' échappement. 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 les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS [1] Procédé d'injection de gaz additionnels à l'échappement pour moteur à combustion interne comprenant une pluralité de chambres de combustion (12) et des conduits d'échappement (11) associés pour l'évacuation des gaz brûlés, ces conduits (11) débouchant dans les chambres de combustion (12) par des sièges sur lesquels peuvent s'appliquer des soupapes à tige (10), du type utilisant une pluralité de trajets d'amenée (8) de gaz additionnels comburants sous pression débouchant dans les différents conduits d'échappement (11), caractérisé en ce que la circulation des gaz comburants dans chacun desdits trajets (8) est contrôlée de façon à en injecter une quantité prédéterminée dans le conduit d'échappement (11) correspondant, ladite quantité étant adaptée suivant les valeurs prises par différents paramètres de fonctionnement du moteur, tels que températures, pressions et/ou régime moteur. [2] Procédé d'injection de gaz additionnels à l'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection de gaz comburants dans les conduits d'échappement (11) est opérée de façon séquentielle, chacun desdits trajets (8) étant ouvert dans un ordre prédéterminé. [3] Procédé d'injection de gaz additionnels à l'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'injection des gaz additionnels dans chacun des conduits d'échappement (11) est opérée de façon phasée, c'est-à-dire opérée durant l'ouverture de la soupape d'échappement correspondante (10). [4] Dispositif d'injection de gaz additionnels à l'échappement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une pluralité de conduits (8), définissant des trajets d'amenée des gaz comburants sous pression, ces conduits (8) débouchant dans lesdits conduits d'échappement (11) de façon à injecter les gaz au voisinage desdites soupapes (10), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'obturation (6) équipant chacun desdits conduits (8), les moyens d'obturation étant pilotés par des moyens de commande (7) pour autoriser de façon sélective le passage des gaz additionnels et pour en ajuster le débit. [5] Dispositif d'injection de gaz additionnels à l'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation sont formés par des actuateurs pilotés à partir du système électronique de contrôle moteur.