Brevet FR2739138A1 — publié le 19970328

L'invention concerne un moteur à combustion. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne à quatre temps, du type comportant un circuit d'admission de mélange airicarburant et un circuit d'échappement de gaz brûlés qui communiquent avec une chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission et d'échappement avec la chambre sont susceptibles d'être obturées chacune respectivement par au moins une soupape à ouverture commandée, respectivement d'admission et d'échappement, et du type dans lequel un turbocompresseur permet d'augmenter la pression d'admission du mélange dans la chambre. L'utilisation d'un turbocompresseur pour augmenter les performances d'un moteur thermique de cylindrée donnée est connue et présente de nombreux avantages. Toutefois, il entraîne une augmentation importante de la pression et de la température maximale atteinte dans la chambre de combustion du cylindre qui peuvent conduire à des anomalies de combustion, telles que le cliquetis, qui sont dommageables au bon fonctionnement du moteur. Pour combattre ces phénomènes, il faut alors réduire le taux de compression du moteur, ce qui implique nécessairement une diminution de son rendement. II est connu que le rendement du cycle thermique d'un moteur est principalement lié au taux de détente des gaz qui est le rapport du volume du cylindre entre le début et la fin de combustion du mélange lors du troisième temps du cycle thermique du moteur. II a donc été proposé des solutions pour obtenir un taux de détente supérieur au taux de compression pour un même moteur, ce qui peut être obtenu en avançant la fermeture de la soupape d'admission en fin du temps d'admission ou en retardant la fermeture de la soupape d'admission au début du temps de compression. Ainsi, une partie du mélange airlcarburant n'est pas admis dans le cylindre ou est refoulé dans le circuit d'admission avant la fermeture de la soupape correspondante, et le volume de gaz effectivement admis dans le cylindre est inférieur au volume théorique maximal du cylindre. De la sorte, le taux de compression réel du mélange carburant est inférieur au taux géométrique déterminé par les déplacements du piston dans le cylindre entre son point mort bas (PMB) et son point mort haut (PMH), et donc inférieur au taux de détente. L'utilisation d'un tel cycle thermique, également appelé cycle de Miller, permet donc de prévenir l'apparition des phénomènes de combustion anormale tout en conservant un bon rendement énergétique pour le moteur, celui-ci étant lié, on l'a vu, au taux de détente. Toutefois, le retard ou l'avance à la fermeture de la soupape d'admission peut provoquer un mauvais remplissage du cylindre au cours de la phase d'admission. Ce problème a été contourné dans le passé par l'utilisation d'un compresseur mécanique volumétrique qui est entraîné par l'arbre de sortie du moteur et qui permet de disposer à tout moment et, quel que soit le régime de rotation, d'une forte pression d'admission du mélange air/carburant, assurant ainsi un remplissage optimal du cylindre. Toutefois, I'utilisation d'un compresseur mécanique volumétrique n'est pas favorable puisque la puissance nécessaire au compresseur des gaz est prélevée sur l'arbre de sortie du moteur et par là même n'est plus disponible pour l'entraînement du véhicule. Aussi lui préfère-t-on, dans de nombreuses applications, la suralimentation par turbocompresseur qui présente l'avantage d'utiliser comme énergie motrice du compresseur l'énergie des gaz d'échappement qui, sinon, est inutilisée. Une des caractéristiques d'un turbocompresseur est qu'il ne fournit une surpression suffisante qu'à partir d'un certain régime de rotation du moteur, c'est-à-dire à partir d'un certain niveau d'énergie des gaz d'échappement, de sorte qu'à faibles régimes de rotation ou à faibles charges du moteur, le taux de suralimentation fourni par le turbocompresseur est très faible. Ainsi, si l'on applique un cycle de Miller au fonctionnement d'un moteur turbocompressé, on cumule, à bas régimes et à faibles charges, le défaut de remplissage dû au cycle de Miller avec la faible énergie mécanique des gaz d'échappement et l'inertie propre au turbocompresseur. II s'ensuit une montée en régime très lente du moteur, ce qui est particulièrement gênant dans le cadre de l'utilisation d'un tel moteur sur un véhicule automobile puisque cela pénalise les accélérations et les reprises du véhicule. Dans le but d'apporter une solution à ces problèmes, I'invention propose un moteur du type vu précédemment, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour retarder l'obturation de la communication entre le circuit d'admission et la chambre de combustion en dehors des modes de fonctionnement du moteur correspondant à des faibles pressions d'admission. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - I'obturation du circuit d'admission est retardée en retardant la commande de fermeture d'au moins une soupape d'admission - le retard de fermeture de la soupape d'admission est variable en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur;; - chaque cylindre comporte au moins deux soupapes d'admission reliées chacune par un conduit indépendant au circuit d'admission, I'une des soupapes d'admission est commandée pour être fermée avec retard, et le conduit d'admission associée à cette soupape est muni de moyens de vannage commandés qui sont fermés pour une basse pression d'admission - I'ouverture des moyens de vannage varie en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur - les moyens de vannage comportent un volet à ouverture commandée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une partie d'un moteur à combustion interne conforme aux enseignements de l'invention; - les figures 2 et 3 sont deux diagrammes représentant la commande de levée des soupapes au cours des temps d'échappement et d'admission du cycle thermique d'un tel moteur, respectivement dans les cas de faible et forte pressions d'admission - la figure 4 représente schématiquement un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 représente le diagramme de levée des soupapes correspondant au second mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un cylindre 10 d'un moteur à combustion interne turbocompressé à quatre temps et dont la partie supérieure forme une chambre de combustion 12 délimitée par un piston mobile 14 et par une culasse 15. Le cylindre 10 est alimenté en mélange air/carburant par un circuit d'admission 16 qui débouche dans la chambre de combustion 12 au travers d'une soupape d'admission 18 dont les déplacements sont commandés par un arbre à cames (non représenté) afin d'obturer ou non la communication entre le circuit d'admission 16 et la chambre de combustion 12. Le circuit d'admission 16 comporte, en amont de la soupape 18, un turbocompresseur 11 de suralimentation. Un circuit d'échappement 17 est prévu pour l'évacuation des gaz brûlés hors de la chambre de combustion 12 au travers d'une soupape d'échappement 19 également commandée par un arbre à cames (non représenté). Selon un premier mode de réalisation de l'invention, il est possible de prolonger l'ouverture de la soupape d'admission 18 en utilisant un système de distribution variable. De tels systèmes sont connus et il est donc possible de faire varier l'instant de fermeture de la soupape d'admission 18 en fonction de divers paramètres de fonctionnement du moteur tels que son régime de rotation, la pression du mélange airlcarburant dans le circuit d'admission 16 et la position de l'accélérateur Suivant le type de mécanisme de distribution variable utilisé, il est possible que cette variation soit continue ou discrète. Ainsi, dans les cas de faibles charges du moteur correspondant à une faible pression d'admission, due par exemple au non déclenchement du turbocompresseur, les soupapes 18, 19 sont commandées selon le diagramme de la figure 2 et la soupape d'admission 18 est commandée pour être fermée très rapidement après le point mort bas (PMB) du piston 14 qui marque la fin théorique du temps d'admission. Au contraire, à hauts régimes ou à fortes charges, lorsque le turbocompresseur fournit une forte pression d'admission, la soupape d'admission est commandée pour rester ouverte plus longtemps et pour se refermer bien après le point mort bas (PMB) du piston 14. De la sorte, le début de la remontée du piston 14 dans le cylindre 10 se fait avec la soupape d'admission 18 ouverte, de manière à provoquer un léger refoulement de mélange carburant dans le circuit d'admission 16 et ainsi diminuer le taux de compression réel du moteur. II est à noter que, grâce à l'action du turbocompresseur, le remplissage du cylindre 10 reste satisfaisant du fait de la pression d'admission élevée. Ce premier mode de réalisation de l'invention peut être utilisé avec des moteurs possédant une ou plusieurs soupapes d'admission par cylindre. Le second mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 4 est plus particulièrement destiné aux moteurs possédant au moins deux soupapes d'admission par cylindre. Dans ce cas, on prévoit de commander les deux soupapes d'admission 1 8a, 18b de manière différente, la soupape d'admission 18b étant par exemple commandée pour se refermer relativement longtemps après le point mort bas (PMB) du piston 14 représentant la fin du temps théorique d'admission. Ainsi, la soupape d'admission 18b demeurant ouverte en début du temps de compression, le taux de compression réel est inférieur au taux de compression géométrique pour prévenir tout phénomène de combustion anormale. Toutefois, afin de ne pas pénaliser le remplissage du cylindre pour les faibles charges et les bas régimes du moteur, les deux soupapes d'admission 18a, 18b sont munies chacune d'un conduit d'admission 20a, 20b indépendant et le conduit 20b de la soupape d'admission 18b commandée avec un retard de fermeture est muni d'un volet d'obturation 22 commandé en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Ainsi, à fortes charges et à bas régimes, lorsque la pression du turbocompresseur est faible, le volet 22 est fermé et obture alors le conduit 20b de manière à empêcher tout refoulement de mélange airicarburant dans le circuit d'admission 16. Au contraire, à hauts régimes ou aux fortes pressions d'admission, le volet 22 est commandé pour être ouvert de manière à permettre un tel refoulement. En faisant varier le degré d'ouverture du volet 22, il est possible de limiter le phénomène de refoulement, et par conséquent de limiter la réduction du taux de compression, pour optimiser le rendement du moteur à des régimes intermédiaires. Ainsi, ce système permet d'éviter l'implantation d'un dispositif de distribution variable lourd et complexe tout en obtenant le cycle de Miller désiré. Ce dispositif présente par ailleurs l'avantage de diminuer la section de passage des gaz d'admission aux faibles charges, ce qui permet d'améliorer leur brassage et par conséquent de favoriser une combustion homogène du mélange airlcarburant dans le cylindre. On obtient ainsi, aux faibles charges, un rendement optimal du moteur et une moindre émission d'agents polluants. Au contraire, à hauts régimes, la section de passage du mélange airlcarburant est la plus importante possible et, de plus, le retard de fermeture de la soupape d'admission 18b permet de prolonger la durée réelle d'admission jusqu'au tout début du temps de compression. En effet, grâce à l'inertie du mélange qui s'écoule à grande vitesse dans ces conditions, le cylindre 10 continue à recevoir du mélange airlcarburant alors que le piston 14 commence à remonter dans le cylindre 10, ce qui est favorable à un bon remplissage. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion à quatre temps, du type comportant un circuit d'admission (16) de mélange airlcarburant et un circuit d'échappement (17) de gaz brûlés qui communiquent avec une chambre de combustion (12) d'au moins un cylindre (10) du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission (16) et d'échappement (17) avec la chambre (12) sont susceptibles d'être obturées chacune respectivement par au moins une soupape, respectivement d'admission (18) et d'échappement (19), à ouverture commandée, et du type dans lequel un turbocompresseur (11) permet d'augmenter la pression d'admission du mélange dans la chambre (12), caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour retarder l'obturation de la communication entre le circuit d'admission (16) et la chambre de combustion (12) en dehors des modes de fonctionnement du moteur correspondant à des faibles pressions d'admission. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturation du circuit d'admission (16) est retardée en retardant la commande de fermeture d'au moins une soupape d'admission (18). 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le retard de fermeture de la soupape d'admission est variable en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cylindre (10) comporte au moins deux soupapes d'admission (18a, 18b) reliées chacune par un conduit indépendant (20a, 20b) au circuit d'admission (16), en ce que l'une (18b) des soupapes d'admission est commandée pour être fermée avec retard, et en ce que le conduit d'admission (20b) associé à cette soupape (18b) est muni de moyens de vannage (22) commandés qui sont fermés pour une basse pression d'admission. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture des moyens de vannage (22) varie en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. 6. Moteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de vannage (22) comportent un volet à ouverture commandée.