Brevet FR2705735A1 — publié le 19941202

La présente invention a pour objet un dispositif de sous-alimentation des moteurs à combustion interne à pistons. Le rendement maximum des moteurs à combustion interne à pistons est en général enregistré à pleine charge - c'est à dire papillon des gaz à pleine ouverture - au régime ou plage de régime où la pression moyenne effective du cycle moteur est à sa valeur maximum. Le taux de remplissage du(des) cylindre(s) desdits moteurs est alors maximum. Ledit taux de remplissage maximum permet de calculer le rapport volumétrique des moteurs en fonction de leurs qualités thermodynamiques et des conditions maximales de température et de pression admises en fin de compression par le carburant utilisé. Le rendement des moteurs dépend donc en grande partie du taux de remplissage de leur(s) cylindre(s) et de leur rapport volumétrique. Le rendement maximum desdits moteurs ne peut être obtenu qu'à pleine charge et sur la plage de régime adé- quate. En utilisation courante, notamment en automobile, les conditions de fonctionnement des moteurs génératrices d'un rendement optimum sont rarement réunies. En effet, les moteurs thermiques utilisés en automobile fonctionnent selon des conditions variant fréquemment en raison de la puissance qui leur est demandée par le conducteur. Le réglage de la puissance des moteurs s'opère par action sur leur régime et sur leur charge. La variation de charge s'effectue par le biais du papillon des gaz qui contrôle la pression d'admission par laminage et modifie le taux de remplissage du(des) cylindre(s) et la pression moyenne effective du cycle moteur. Toute diminution de la pression d'admission des moteurs provoquée par le conducteur implique une baisse de la pression moyenne effective du cycle moteur et une baisse de rendement. En usage routier ou urbain, pour délivrer la puissance nécessaire à mouvoir un même véhicule, un moteur de moyenne ou grosse cylindrée fonctionne en général à plus basse charge qu'un moteur de cylindrée inférieure, et son rendement est plus bas. A pleine charge, lorsque le papillon des gaz est à pleine ouverture, les moteurs pré- sentent des défauts de remplissage de leur(s) cylindre(s) à certains régimes de rotation, le plus fréquemment à bas et hauts régimes concernant les moteurs automobiles d'utilisation courante. Tous défauts de remplissage du(des) cylindre(s) des moteurs sur une plage quelconque de leur régime de rotation implique une baisse de la pression moyenne effective du cycle moteur et une baisse de rendement. Le remplissage optimum du(des) cylindre(s) des moteurs dépend notamment du calage de la distribution desdits moteurs. A ce titre, certains moteurs sont dotés d'une distribution à calage variable en marche en fonction du régime de rotation qui améliore de façon significative les défauts de remplissage de leur(s) cylindre(s). Les culasses multisoupapes qui équipent certains moteurs compensent les défauts de remplissage de leur(s) cylindre(s) à hauts régimes dûs notamment à l'inertie de la colonne de gaz dans la tubulure d'admission et au laminage aux soupapes. En effet, multiplier le nombre de soupapes revient à augmenter la section du passage par lequel sont introduits les gaz dans le(s) cylindre(s). La technique des culasses multisoupapes présente toutefois l'inconvénient de conférer aux moteurs un manque de souplesse à bas régime. Ces techniques, ainsi que d'autres permettant également de réduire la dégradation du rendement des moteurs induite par certains défauts de remplissage de leur(s) cylindre(s), sont en général de mise en oeuvre complexe et onéreuse. Une autre technique connue de l'art antérieur permet, par le biais d'un compresseur, de suralimenter les moteurs en haussant leur pression d'admission. Outre compenser certains défauts de remplissage de leur(s) cylindre(s), cette technique permet d'augmenter la puissance spécifique des moteurs. Elle présente en revanche des défauts nuisibles au rendement global desdits moteurs en ce que - le compresseur qui est ordinairement mû par une turbine entrainée par les gaz d'échappement n'est opérant qu'au delà d'une certaine charge et d'un certain régime de rotation des moteurs. - Les moteurs dotés de ce dispositif ont un rapport volumétrique plus faible que celui calculé pour un moteur atmosphérique de conception similaire et par conséquent, leur pression de fin de compression est basse tant que le compresseur n'est pas en action, il s'ensuit une baisse notable de rendement en utilisation courante à basse charge. - Lorsque le compresseur est en action, le volume d'exploitation de la détente du cycle par rapport à la masse de gaz admis dans le(s) cylindre(s) est plus faible que sur les moteurs atmosphériques, la détente théorique du cycle est par conséquent tronquée plus tôt et le rendement est diminue. - Une partie de l'énergie perdue à cause du raccourcissement de la course de détente théorique du cycle est toutefois exploitée par la turbine qui a le désavantage de freiner l'échappement et de réchauffer l'air d'admission. D'autres systèmes de suralimentation existent qui présentent pour l'essentiel les mêmes inconvénients. C'est pour atténuer de façon significative la dégradation du rendement des moteurs à combustion interne à pistons, imputable à leur conception et à leur utilisation que le dispositif selon l'invention prévoit que tout moteur qui en est doté présente des particularités qui le distinguent d'un moteur de cylindrée identique et de conception similaire défini selon les règles de l'art antérieur en ce que, selon un mode particulier de réalisation: A pleine charge, la plage de régime à rendement maximum est étendue. A pleine charge, la plage de régime à couple maximum est étendue. A pleine charge, la montée en régime s'accompagne d'une montée en puissance plus linéaire. La puissance maximum du moteur est accrue sans surcroît de consommation. A charge partielle, le rendement est plus élevé grâce notamment à l'allongement de la détente théorique du cycle moteur et à une pression en fin de compression plus élevée. Le couple maximum est réduit. Le dispositif selon l'invention prévoit notamment que Une partie de la cylindrée de tout moteur doté du dispositif selon llinvention est utilisée pour compenser les défauts de remplissage de son (ses) cylindre(s) imputables à sa conception qui sont constatés à pleine charge à certains régimes de rotation, la compensation desdits défauts de remplissage s'effectuant par contrôle de la pression d'admission. A charge maximum, tout moteur doté du dispositif selon l'invention est sous-alimenté aux régimes où, à pleine ouverture du papillon des gaz, le taux de remplissage initial de son (ses) cylindre(s) est maximal ; et de sous-alimenté à pleinement alimenté aux régimes où, à pleine ouverture du papillon des gaz, le taux de remplissage initial de son (ses) cylindre(s) n'est que partiel. La sous-alimentotion s'effectue en limitant la pression d'admission à une valeur inférieure à celle de la pression atmosphérique. A charge maximum, la pression en fin de compression de tout moteur doté du dispositif selon l'invention est maintenue automatiquement à une valeur qui confère au cycle moteur le meilleur rendement possible par action dudit dispositif qui adapte en permanence la pression d'admission maximum dudit moteur à ses conditions de fonctionnement. Le dispositif selon l'invention agit selon le principe inverse de celui des moteurs suralimentés en ce que la détente théorique du cycle moteur de tout moteur doté du dispositif selon l'invention est tronquée plus tard que sur les moteurs atmosphériques tels que définis selon l'art antérieur, et permet une récupération partielle de l'éner- gie ordinairement perdue au moment de l'ouverture de la soupape d'échappement. Un moteur équipé du dispositif selon l'invention présente certains avantages propres aux moteurs à détente prolongée. Le dispositif selon l'invention se caractérise en ce que a) Tout moteur conçu ou modifié pour être équipé du dispositif selon l'invention est doté d'un rapport volumétrique supérieur à celui qui lui aurait été attribué selon les règles de calcul de l'art antérieur. b) La masse maximum de mélange gazeux introduite dans le(s) cylindre(s) de tout moteur doté du dispositif selon l'invention est inférieure à la masse maximum de mélange gazeux introduite dans le(s) cylindre(s) d'un moteur tel que défini selon l'art antérieur de cylindrée identique et de conception similaire. c) Le rapport volumétrique de tout moteur doté du dispositif selon l'invention est calculé pour obtenir une pression en fin de compression génératrice de rendement maximum à un régime de rotation quelconque où, à pleine ouverture du papillon des gaz, est enregistrée une baisse notable du taux de remplissage de son(ses) cylindre(s). d) Le taux de remplissage du(des) cylindre(s) enregistré au régime pris comme référence pour calculer le rapport volumétrique est le taux maximum qui sera admis par le dispositif selon l'invention qui maintiendra automatiquement la pression d'admission à une valeur telle que ce taux ne puisse jamais être dépassé quel que soit le régime du moteur sauf si à certains régimes et en raison d'un comportement différent dudit moteur, une pression en fin de compression supérieure pouvait être pré vue. e) La valeur de la pression d'admission maximum de tout moteur doté du dispositif selon l'invention est contrôlée par tous systèmes ou procédés existants ou futurs permettant de faire varier en marche ladite valeur de la pression d'admission maximum en tenant compte d'au moins un paramètre de fonctionnement dudit moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite en relation avec le dessin annexé (figure) qui est une représentation schématique des différents éléments constitutifs du dispositif selon l'invention qui peut comporter notamment selon un mode particulier de réalisation Une butée variable (1) servant à limiter l'ouverture maximum du papillon des gaz (2). Un moteur pas à pas (3) permettant de contrôler la position de ladite butée. Une sonde de mesure du régime du moteur (4). Une sonde de mesure de la pression d'admission (5). Un détecteur de position d'enfoncement maximum de la pédale d'accélérateur (non représenté). Un calculateur (6) de traitement des informations en provenance desdites sondes et dudit détecteur. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention et selon ce mode particulier de réalisation est le suivant Le calculateur (6) analyse en permanence les informations qui lui sont transmises par la sonde de mesure du régime du moteur (4). Connaissant le régime du moteur, ledit calculateur (6) interroge la valeur de pression d'admission maximum admise à ce régime stockée dans ses mémoires et commande la position du moteur pas à pas (3) afin que la butée (1) limite en conséquence l'ouverture maximum du papillon des gaz (2). La sonde de mesure de la pression d'admission (5) couplée au détecteur de position d'enfoncement maximum de la pédale d'accélérateur (non représenté) permet au calculateur de corriger éventuellement la position de la butée (1) afin d'optimiser le rendement du moteur. Outre les avantages inhérents au dispositif lui même qui, selon l'invention, permet de sous-alimenter les moteurs à combustion internes à pistons et d'augmenter leur rendement global lorsqu'ils sont utilisés à charge et régime variables, I'invention présente celui de ne poser aucun problème particulier de faisabilité. L'invention fait appel à des procédés et techniques connus et éprouvés dont la mise en oeuvre est d'un coût restreint. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit; elle est, au contraire, susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1) Dispositif de sousalimentarion des moteurs thermiques à combustion interne à pistons caractérisé en ce qu'il comporte une butée (1) d'ouverture maximum du papillon des gaz (2) dont la position est variable. 2) Dispositif de sous-alimentation des moteurs thermiques à combustion interne à pistons selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (3) qui agit sur la position de la butée (1). 3J Dispositif de sous-alimentation des moteurs thermiques à combustion interne à pistons selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des sondes paramétriques (4, 5) qui transmettent des informations sur te fonctionnement et le mode d'utilisation du moteur thermique sur lequel il est installé. 4) Dispositif de sousalimentafion des moteurs thermiques à combustion interne à pistons selon la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un calculateur (6) commande la position idéale de la butée (1) par l'intermédiaire du moteur (3) en fonction des données transmises par les sondes paramétriques (4, 5).