Brevet FR2722533A1 — publié le 19960119

L'invention concerne un système de recyclage des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne fonctionnant selon le cycle à 4 temps, en particulier pour un moteur Diesel, possédant au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement action- nées par un dispositif de commande de soupape qui est pourvu d'un dispositif supplémentaire destiné à produire une ouverture supplémentaire d'une soupape. Le recyclage ou la recirculation des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne est une possibilité pour réduire les émissions de substances no- cives, en particulier le rejet d'oxydes d'azote, sans que cela entraîne des pertes notables au niveau de la consom- mation et de la puissance du moteur. Dans ce but il faut généralement réintroduire dans le moteur à combustion interne, pendant le temps d'admission, à l'état refroidi et dosé autant que faire se peut, une partie du gaz d'échappement produit lors de la combustion. Toutes les méthodes connues jusqu'à présent du recyclage des gaz d'échappement ont l'inconvénient que le gaz d'échappement corrosif, contenant des particules et humide, doit traverser les composants sensibles à l'en- crassement se trouvant dans le circuit d'admission, ce qui risque d'affecter le fonctionnement de ces compo- sants. On connaît un dispositif d'ouverture et de fer- meture pour soupapes de moteurs à combustion interne par le document JP-03-202603. Le mécanisme d'ouverture et de fermeture décrit dans ce document est censé réaliser également un recy- clage des gaz d'échappement. A cet effet, chacune des cames des soupapes d'échappement du moteur présente une surélévation ou bos- sage supplémentaire, de sorte qu'une partie du gaz d'échappement précédemment refoulé hors du cylindre par le piston du moteur peut refluer de nouveau de la tuyau- terie d'échappement dans la chambre de combustion lors de la course d'admission. Le dispositif décrit dans ce document a cepen- dant l'inconvénient que le gaz d'échappement s'écoule seulement à un moment relativement tardif dans la chambre de combustion, à savoir au cours du temps d'admission seulement, de sorte qu'il n'y a que peu de temps dispo- nible pour refroidir le gaz d'échappement avant l'opéra- tion de compression suivante. La température dans la chambre de combustion est de ce fait augmentée très vite, de sorte que le gaz frais, aspiré également, est échauffé rapidement et s'expanse en conséquence, ce qui réduit d'autant la masse d'air frais pouvant entrer dans la chambre de combustion et conduit à une dégradation du co- efficient de rendement. Un autre inconvénient du mécanisme d'ouverture et de fermeture décrit dans le document cité est que le gaz d'échappement peut refluer de la tubulure d'échappe- ment dans la chambre de combustion seulement lorsque la pression dans le cylindre ou plus exactement dans la chambre de combustion est plus basse que dans la tubulure d'échappement. Toutefois, comme cela n'est fréquemment pas le cas aux points importants pour le recyclage des gaz d'échappement du diagramme caractéristique d'un mo- teur à combustion interne, ce qui veut dire que la pres- sion dans le cylindre n'est alors pas inférieure à la pression régnant dans la tubulure d'échappement, de l'air frais peut s'écouler éventuellement dans la tubulure d'échappement et s'échapper ainsi de la chambre de com- bustion. L'invention a donc pour but de créer, pour un moteur à combustion interne, un système de recyclage des gaz d'échappement avec lequel il reste suffisamment de temps pour refroidir le gaz d'échappement et obtenir un bon coefficient de rendement. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que le dispositif supplémentaire est capable d'actionner au moins l'une des soupapes d'admis- sion pendant le temps d'échappement en vue d'une réintro- duction partielle du gaz d'échappement dans le circuit d'admission. Par suite d'un actionnement c'est-à-dire d'une ouverture supplémentaire de la soupape d'admission, ve- nant s'ajouter à l'ouverture de la soupape d'échappement pendant le temps d'échappement, le piston, se déplaçant à ce moment en direction du point mort haut, refoule du gaz d'échappement à travers la soupape d'admission dans la tubulure d'admission. Là, l'énergie calorifique contenue dans le gaz d'échappement peut être cédée aux parois de la tubulure d'admission ou à un échangeur de chaleur éventuellement présent dans la tuyauterie d'admission, si bien que le gaz d'échappement est refroidi. Après que la quantité désirée de gaz d'échappement aitété expulsée à travers la soupape d'admission, ousesoit écoulée sous l'effet de la haute pression de la chambre de combustion dans la tubulure d'admission, o la pression est moindre, la soupape d'admission est refermée alors que la soupape d'échappement reste ouverte pour terminer le temps d'échappement. Le gaz d'échappement ainsi refoulé dans la tubulure d'admission est aspiré avec des gaz frais lors du temps d'admission suivant, de sorte qu'il pénètre de nouveau dans la chambre de combustion, o il est soumis à une nouvelle combustion lors de l'allumage suivant. En raison du refroidissement du gaz d'échappe- ment, le gaz frais aspiré n'est que très légèrement échauffé, ou n'est pas échauffé du tout, et se dilatera de ce fait seulement dans une faible mesure ou pas du tout, de sorte qu'on obtient un bon coefficient de rende- ment. L'actionnement décrit de la soupape d'admission s'effectue de manière simple au moyen d'un dispositif supplémentaire, de sorte que le système peut être intégré sans problèmes dans des moteurs à combustion interne existants, sans que cela entraîne des inconvénients. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description de principe, qui va suivre, de deux exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente une came d'un arbre à cames; et - la figure 2 montre un dispositif hydraulique de commande de soupape. La figure 1 montre un dispositif de commande de soupape constitué dans cet exemple par une came 1. Celle- ci est fixée sur un arbre à cames 2 monté rotatif (ce qui n'est pas représenté). Pendant un mouvement de rotation de l'arbre à cames 2, une soupape d'admission (non représentée) d'un moteur à combustion interne est ouverte par une première partie surélevée ou bossage 3 de la came 1, la soupape étant ensuite refermée par son ressort, lequel avait été précontraint pendant l'ouverture de la soupape. Sur le côté opposé de la came 1, par rapport au bossage 3, c'est-à-dire avec un décalage angulaire d'ap- proximativement 180 par rapport à celui-ci, la came est pourvue d'un bossage supplémentaire 4. Celui-ci assure une réouverture de la soupape d'admission - non représen- tée - du moteur à combustion interne, la durée et la sec- tion d'ouverture de la soupape pendant cette ouverture supplémentaire étant fonction de la géométrie du bossage supplémentaire 4. Une régulation de la section d'ouverture de la soupape d'admission peut être obtenue lorsque le cycle de mouvements alternatifs de cette soupape peut être com- mandé en plus de manière que, par exemple, cette commande puisse empêcher l'ouverture de la soupape d'admission par le bossage supplémentaire 4. La commande du cycle de mou- vements alternatifs de la soupape d'admission dépend des données du diagramme caractéristique du moteur à combus- tion interne, si bien que le recyclage des gaz d'échappe- ment, ou la quantité de gaz d'échappement recyclée, peut être réglé d'après le point de fonctionnement actuel du moteur dans ce diagramme. Des dispositifs pour changer le cycle de mouvements de soupapes sont connus dans la pra- tique. La figure 2 représente un second exemple de réalisation du système de recyclage des gaz d'échappement sur un moteur à combustion interne. Dans cet exemple, le dispositif de commande de soupape 1 est de type hydraulique et la soupape d'admis- sion 5 est actionnée, c'est-à-dire ouverte, lorsque du liquide hydraulique s'écoule d'une conduite de remplis- sage 6 dans un espace 7, ce qui produit le déplacement d'un piston 8 couplé à la soupape d'admission 5. Le reflux de liquide hydraulique depuis l'es- pace 7 dans la conduite de remplissage 6j est empêché par un clapet antiretour 9 installé à l'embouchure de la conduite de remplissage 6 dans l'espace 7. A partir de l'espace 7, le liquide hydraulique peut s'écouler vers un autre piston 10 relié au poussoir 11 de la soupape d'échappement (non représentée) du mo- teur à combustion interne. De plus, le liquide hydrau- lique peut s'écouler hors de l'espace 7 à travers une conduite d'évacuation 12. Cette dernière contient une électrovanne 13 réalisée dans cet exemple comme une vanne à deux voies et deux positions et constituant ici le dis- positif supplémentaire. Lorsque, en vue de l'ouverture de la soupape d'échappement, c'est-à-dire de la manoeuvre du poussoir 11 de cette soupape, du liquide hydraulique est introduit à travers la conduite de remplissage 6 dans l'espace 7 et l'électrovanne 13 occupe simultanément sa position fermée illustrée sur la figure 2, la manoeuvre du poussoir de la soupape d'échappement s'accompagne en même temps de l'ou- verture de la soupape d'admission 5; après une durée pré- fixée, l'électrovanne 13 est ouverte, de sorte que le li- quide hydraulique peut s'écouler hors de l'espace 7 à travers la conduite d'évacuation 12. La soupape d'admis- sion 5 est alors fermée, ensemble avec la soupape d'échappement, de façon amortie. Le temps pendant lequel l'électrovanne 13 reste à sa position ferméeillustrée sur la figure 2, dépend d'une régulation fonction du dia- gramme caractéristique du moteur à combustion interne. Dans ce cas aussi, le cycle de mouvements alternatifs de la soupape d'admission 5 peut donc être varié également dans le cadre d'une régulation fonction du diagramme ca- ractéristique du moteur. En raison de la possibilité - décrite dans les deux exemples de réalisation - de produire une ouverture supplémentaire de la soupape d'admission pendant le temps d'échappement du moteur, le gaz d'échappement, lequel doit normalement sortir seulement à travers la soupape d'échappement, peut être réintroduit en partie dans la tubulure d'admission du moteur. On obtient ainsi l'avan- tage que les composants périphériques du moteur à combus- tion interne, donc par exemple un compresseur ou un re- froidisseur d'air de suralimentation, restent à l'abri du gaz d'échappement, si bien que ce gaz corrosif, contenant des particules et humide, ne peut pas affecter ces compo- sants sensibles à l'encrassement ou leur fonctionnement. Un autre avantage du système décrit est la possibilité d'une bonne régulation du temps d'ouverture de la soupape d'admission et par suite du taux de recyclage du gaz d'échappement dans l'ensemble du diagramme caractéris- tique du moteur, si bien que le taux de recyclage optimal de gaz d'échappement peut être obtenu pour chaque point de ce diagramme du moteur à combustion interne. En comparaison avec d'autres procédés connus pour le recyclage de gaz d'échappement, il est possible aussi d'obtenir des taux de recyclage plus élevés, sans que cela affecte notablement le débit d'air. REVENDICATIONS 1. Système de recyclage des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne fonctionnant selon le cycle à 4 temps, en particulier pour un moteur Diesel, possédant au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement actionnées par un dispositif de commande de soupape qui est pourvu d'un dispositif sup- plémentaire destiné à produire une ouverture supplémen- taire d'une soupape, caractérisé en ce que le dispositif supplémentaire (4, 13) est capable d'actionner au moins l'une des soupapes d'admission (5) pendant le temps d'échappement en vue d'une réintroduction partielle du gaz d'échappement dans le circuit d'admission. 2. Système selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de commande de soupape est réalisé comme une came (1) disposée sur un arbre à cames (2) et servant à commander la soupape d'admission, le dispositif supplémentaire étant réalisé sous la forme d'un bossage supplémentaire (4) sur la came (1). 3. Système selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de commande de soupape (1) est mû hydrauliquement et le dispositif supplémentaire est réalisé comme une électrovanne supplémentaire (13). 4. Système selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le cycle de mouvements alternatifs de la soupape d'admission (5) peut être commandé. 5. Système selon la revendication 3, caracté- risé en ce que l'électrovanne (13) peut être commandée dans le cadre d'une régulation fonction du diagramme ca- ractéristique du moteur. 6. Système selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le cycle de mouvements alternatifs de la soupape d'admission (5) est variable dans le cadre d'une régulation fonction du diagramme caractéristique du mo- teur.