Brevet FR2746444A1 — publié le 19970926

L'invention concerne un moteur à combustion in- terne multicylindre, à pistons, possédant au moins deux groupes de cylindres qui présentent chacun une branche de système d'échappement avec au moins un catalyseur dans chaque branche, dont un groupe de cylindres peut être ar- rêté (privé de carburant) dans le régime de charge par- tielle du moteur à combustion interne et dont les branches d'échappement sont reliées entre elles par un tronçon de tuyau placé derrière - dans le sens de l'écou- lement du gaz d'échappement - des catalyseurs parallèles. Un tel moteur à combustion interne est connu par la demande de brevet allemand 29 07 934 A1. Il comprend deux groupes de cylindres dont l'un est alimenté en carburant en per- manence, pendant le fonctionnement du moteur, et dont l'autre groupe de cylindres peut être arrêté (privé de carburant) dans le régime de charge partielle. Les gaz d'échappement des deux groupes sont évacués par des branches respectives du système d'échappement. En aval du catalyseur du groupe utilisé en permanence (pendant le fonctionnement du moteur), les branches d'échappement dé- bouchent dans une conduite commune contenant un second catalyseur. Dans le régime de charge partielle, le groupe arrêté agit comme une pompe et refoule l'air amené à ce groupe à travers la branche d'échappement dans le second catalyseur. Le problème est que la température de ce se- cond catalyseur peut, en raison du refroidissement pro- duit par l'air environnant amené, descendre au-dessous de la température de service nécessaire, de sorte qu'une épuration catalytique n'a pas lieu ou s'effectue seule- ment de façon insuffisante. Après un départ à froid du moteur, le second catalyseur risque de ne pas atteindre la température de service requise, avec le résultat que les gaz d'échappement sont rejetés dans l'environnement sans épuration catalytique suffisante. La demande de brevet allemand DE 44 21 258 AI montre en outre un moteur à combustion interne possédant deux groupes de cylindres dont l'un peut être arrêté et qui présentent, en amont d'un dispositif d'épuration catalytique du gaz d'échappement, des conduites d'échappement séparées l'une de l'autre. A l'arrêt d'un groupe de cylindres par cou- pure de l'amenée de carburant, mais avec maintien du cycle d'admission, compression et échappement de gaz, les gaz d'échappement de ce groupe sont renvoyés dans les chambres de combustion du groupe de cylindres continuant à être alimenté en carburant ou alors, selon une variante de réalisation d'un moteur à combustion interne, dans les chambres de combustion du même groupe. Ainsi est empêché que les gaz d'échappement du groupe arrêté - et se re- froidissant par conséquent - parviennent dans le disposi- tif d'épuration catalytique des gaz d'échappement et abaissent la température de fonctionnement de celui-ci. Dans le cas du moteur connu, les branches d'échappement des deux groupes de cylindres peuvent être reliées entre elles par un tronçon de tuyau, avec disposition d'un ca- talyseur dans chacune des branches en amont de la jonc- tion. Comme la branche d'échappement d'un groupe de cy- lindres arrêté est coupée en amont du catalyseur et les gaz d'échappement de ce groupe sont évacués par un autre chemin, le catalyseur est certes protégé de manière fiable contre l'effet de refroidissement par les gaz d'échappement froids. Il n'est cependant pas possible d'empêcher qu'à mesure que le moteur continue à fonction- ner dans son régime de charge partielle, le catalyseur du groupe arrêté se refroidisse et devienne rapidement in- apte à remplir sa fonction après l'abaissement de sa tem- pérature au-dessous de la température de service néces- saire. Si le groupe arrêté est remis en service, le cata- lyseur refroidi et inopérant provoque d'importantes émis- sions de gaz d'échappement. L'invention a pour but de perfectionner un mo- teur multicylindre, du type indiqué au début, de manière que le catalyseur du groupe de cylindres arrêté dans le régime de charge partielle puisse être amené le plus ra- pidement possible à la température de service requise, ou soit maintenu à celle-ci, sans que cela demande des sources de chaleur supplémentaires. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait qu'un tronçon de conduite de la branche d'échappement du groupe de cylindres arrêtable, tronçon de conduite qui précède le catalyseur coordonné, peut être soumis à l'action d'un système de dépression dans le régime de charge partielle. Dans le régime de charge partielle, le gaz d'échappement du groupe de cylindres alimenté en carbu- rant s'écoule à travers le catalyseur installé dans la branche d'échappement coordonnée à ce groupe. Le tronçon de tuyau commun est prévu après ce catalyseur dans le sens de l'écoulement. Sous l'effet de la dépression dans le tronçon de conduite précédant le catalyseur coordonné au groupe de cylindres arrêté, une partie du gaz d'échap- pement déjà épuré est recyclée à travers le catalyseur du groupe arrêté. Les gaz brûlés chauds échauffent ce second catalyseur, coordonné au groupe de cylindres non alimenté en carburant, et le portent à la température de service nécessaire. Une seconde épuration catalytique du gaz d'échappement peut alors commencer; dans tous les cas, le second catalyseur a déjà atteint sa température de ser- vice lorsque, après le passage de la plage de charge par- tielle, le second groupe de cylindres est également mis en service et produit du gaz d'échappement. Ce gaz d'échappement, provenant du groupe de cylindres qui vient d'être mis en service en supplément à l'autre groupe de cylindres, est épuré sans retard dans le second cataly- seur ainsi préchauffé. Comme système de dépression, à l'aide duquel une dépression est créée dans la branche d'échappement du groupe de cylindres arrêté, il est opportun de prévoir ce groupe lui-même, dont les pistons, animés de mouvements par le vilebrequin du moteur continuant à fonctionner, produisent un effet de pompage. Les chambres de combus- tion des cylindres du groupe arrêté communiquent avec la branche d'échappement de ce groupe, de sorte qu'une dé- pression créée dans ces chambres de combustion agit aussi sur le tronçon de conduite entre le groupe arrêté et le catalyseur coordonné à ce groupe, et que les gaz d'échappement provenant de la branche d'échappement du groupe de cylindres alimenté en carburant sont aspirés. Afin d'utiliser seulement l'effet d'aspiration des pis- tons animés de mouvements et d'empêcher l'introduction d'air environnant dans la branche d'échappement du groupe non alimenté en carburant, il est avantageux que les sou- papes d'échappement des cylindres du groupe arrêté soient amenées à la position ouverte et que les soupapes d'ad- mission occupent la position fermée. Suivant le sens de mouvement instantané des pistons du groupe non ali- menté en carburant, une dépression et une surpression sont créées alternativement dans le tronçon de conduite entre le groupe de cylindres et le catalyseur de ce groupe arrêté, ce qui provoque un mouvement oscillant de gaz. Le gaz d'échappement est aspiré à partir du tronçon de tuyau reliant les deux branches d'échappement, lors- qu'une dépression est créée, en direction du groupe de cylindres non alimenté en carburant, et un mouvement de refoulement en sens contraire est produit pendant la course de piston consécutive. Dans la zone du catalyseur du groupe non alimenté en carburant, il se produit ainsi un mouvement oscillant de gaz d'échappement, par lequel du gaz brûlé chaud est obligé de passer en permanence dans les deux sens à travers ce catalyseur. Pour une autre exécution, il est prévu que le système de dépression comprenne une conduite de recyclage de gaz d'échappement, qui relie la branche d'échappement du groupe de cylindres arrêté à la tubulure d'aspiration du groupe de cylindres alimenté en carburant. A travers la tubulure d'aspiration du groupe alimenté en carburant, une dépression est ainsi générée de façon continue dans le tronçon de conduite précité de la branche d'échappe- ment du groupe non alimenté en carburant et, comme décrit précédemment, du gaz brûlé chaud est transporté à partir de la branche d'échappement du groupe alimenté en carbu- rant à travers le catalyseur du groupe non alimenté en carburant. Une soupape d'arrêt peut être installée dans la conduite de recyclage de gaz d'échappement en vue du contrôle du débit de gaz d'échappement recyclé. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention, ainsi que des modes de réalisation avantageux, ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schéma- tique d'un moteur à combustion interne fonctionnant dans son régime de charge partielle, avec actionnement du sys- tème de dépression; -la figure 2 montre le moteur selon la figure 1 dans le régime de charge partielle, mais sans actionne- ment du système de dépression; - la figure 3 montre le moteur selon la figure 1 dans son régime de pleine charge, sans actionnement du système de dépression; - la figure 4 représente une autre exécution d'un moteur à combustion interne à pistons selon l'inven- tion, pendant le fonctionnement dans son régime de charge partielle, avec actionnement du système de dépression; - la figure 5 montre le moteur selon la figure 4 dans le régime de charge partielle, mais sans généra- tion de dépression; et - la figure 6 montre le moteur selon la figure 4 dans son régime de pleine charge, sans génération de dépression. Les figures 1 à 3 représentent un moteur à com- bustion interne 1 possédant deux groupes de cylindres 2, 3 qui comportent avantageusement le même nombre de cy- lindres chacun. Il peut s'agir d'un moteur 1 à quatre, six, huit ou douze cylindres. Chacun des groupes 2, 3 présente une branche de système d'échappement 4 ou 5 qui lui est propre et dans laquelle est disposé un catalyseur 6 ou 7. Derrière les catalyseurs 6, 7, dans le sens de l'écoulement 8, les branches d'échappement 4, 5 débou- chent dans un tronçon de tuyau 9 commun pour, ensuite, se séparer de nouveaux en deux branches; sur la suite du parcours, les branches d'échappement 4, 5 peuvent en outre comporter chacune un silencieux 16 ou 17 avant le rejet des gaz d'échappement à l'atmosphère. Le groupe de cylindres 2 est réalisé comme un groupe alimenté en permanence en carburant. Le groupe de cylindres 3 peut être arrêté (privé de carbuant) dans le régime de charge partielle du moteur 1 afin d'obtenir une réduction de la consommation de carburant et des émis- sions de polluants. Dans le régime de charge partielle selon la figure 1, seul le groupe 2 est alimenté en car- burant et ses gaz d'échappement sont dirigés à travers la branche d'échappement 4 et le catalyseur 6. Ce dernier atteint ainsi sa température de service en très peu de temps et assure ensuite la transformation catalytique des polluantscontenus dans le gaz d'échappement. Dans le but de garantir que lors de la mise en service du grupe de cylindres 3, au passage du régime de charge partielle au régime de pleine charge, les gaz d'échappement envoyés à travers la branche d'échappement puissent sans retard être épurés dans le catalyseur 7, celui-ci doit déjà avoir atteint sa température de ser- vice au moment o le second groupe de cylindres 3 est également mis en service. L'échauffement du second cata- lyseur 7 à la température de service s'effectue par dé- rivation d'une partie au moins des gaz brûlés chauds, à partir de la branche d'échappement 4 et à travers le tronçon de tuyau 9 commun, en retour dans la seconde branche d'échappement 5, suivant la flèche 18. Les gaz brûlés chauds du groupe de cylindres 2 traversent ainsi d'abord le premier catalyseur 6 et immédiatement à sa suite le second catalyseur 7, lequel est de ce fait échauffé à sa température de service. Il se produit en outre une épuration catalytique supplémentaire des gaz brûlés après le dépassement du seuil de température né- cessaire à l'action du second catalyseur. Afin de garantir qu'une partie au moins des gaz brûlés soit dirigée suivant la flèche 18 à travers le se- cond catalyseur 7, lequel est cordonné au groupe de cy- lindres 3 non alimenté en carburant, on a coordonné à ce groupe 3 arrêté un système de dépression 11 au moyen du- quel une dépression est générée dans le tronçon de conduite 10 de la branche d'échappement 5 entre le groupe 3 et le catalyseur 7, dépression qui produit un reflux de gaz d'échappement suivant la flèche 18. Le système de dé- pression 11 de cet exemple est formé par les pistons - animés de mouvements pendant que le moteur continue à fonctionner - du groupe de cylindres 3 arrêté, dont les chambres de combustion communiquent avec la branche d'échappement 5. Les mouvements desdits pistons créent une dépression périodique qui produit une entrée cyclique du gaz brûlé du groupe de cylindres 2, alimenté en perma- nence en carburant, dans le second catalyseur 7 du groupe de cylindres 3 non alimenté en carburant. Il est opportun que la communication entre les chambres de combustion des cylindres du groupe 3 arrêté et la branche d'échappement de ce groupe soit due au fait que les soupapes d'échappement du groupe 3 arrêté ont été amenées à la position ouverte. Il est avantageux que leurs soupapes d'admission aient été fermées afin d'empêcher que de l'air extérieur frais soit transporté à travers les cylindres et refroi- disse le second catalyseur 7. On a prévu en outre un dispositif d'arrêt 15 au moyen duquel le système de dépression 11 est arrêté lors- qu'une température préfixée est atteinte, en particulier lorsque le catalyseur 7 atteint sa température de ser- vice. Dans ce cas, le gaz brûlé provenant du groupe 2, alimenté en permanence en carburant, est dirigé dès lors à l'extérieur, sans recyclage. Selon la figure 2, le moteur 1 est encore dans sa plage de charge partielle dans laquelle le second groupe de cylindres 3 n'a pas encore été mis en service en plus. Les gaz brûlés du groupe 2, alimenté en perma- nence en carburant, sont envoyés à travers la branche d'échappement 4 et le catalyseur 6 puis à l'extérieur suivant la flèche 8. Le catalyseur 7 du groupe 3 arrêté a déjà atteint sa température de service; comme le disposi- tif 15 a arrêté le système de dépression 11, une dépres- sion n'est pas établie dans la branche d'échappement 5 du groupe 3 et les gaz d'échappement du groupe 2 en service peuvent être évacués à l'extérieur sans passer par le ca- talyseur 7. A la suite du tronçon de tuyau 9 commun, le courant de gaz d'échappement se partage en deux courants partiels 19, 20 qui parcourent les tronçons terminaux des branches d'échappement 4 et 5. Ceci permet d'obtenir une insonorisation optimale. Selon la figure 3, le moteur 3 est dans sa plage de pleine charge et les deux groupes de cylindres 2, 3 sont alimentés en carburant. Les gaz d'échappement des deux groupes 2, 3 sont envoyés à travers les branches d'échappement 4, 5 coordonnées et les catalyseurs 6, 7 associés. Le système de dépression 11 est arrêté et les gaz d'échappement des deux groupes de cylindres sont éva- cués dans le sens de l'écoulement 8. Les figures 4, 5 et 6 représentent le moteur à combustion interne avec un système de dépression 12 d'une autre exécution. La figure 4 montre le moteur dans la plage de charge partielle o le système de dépression 12 est enclenché, de sorte qu'une dépression est établie dans le tronçon de conduite 10 de la branche d'échappe- ment 5 entre le groupe 3 arrêté et le catalyseur 7, et que le courant de gaz d'échappement produit par le groupe 2 en service est envoyé à travers la branche d'échappe- ment 4, le catalyseur 6 et le tronçon de tuyau 9 puis en retour, suivant la flèche 18, à travers le catalyseur 7. Le système de dépression 12 de cet exemple comprend une conduite de recyclage de gaz d'échappement 13 qui relie la branche d'échappement 5 du groupe 3 arrêté à la tubu- lure d'aspiration du groupe 2 en service. La conduite de recyclage 13 contient une soupape d'arrêt 14 qui ferme cette conduite dès que le catalyseur 7 a atteint sa tem- pérature de service. La soupape 14 représente le disposi- tif d'arrêt pour le système de dépression 12. Ce disposi- tif peut être commandé en fonction de la température du catalyseur 7 dans la branche d'échappement 5, de manière que le système de dépression soit arrêté lorsqu'une tem- pérature prédéterminée est atteinte ou lorsqu'un niveau de température suffisant est atteint, par exemple à une température de service d'environ 350 C. La liaison créée par la conduite de recyclage 13 entre la branche d'échappement 5 du groupe 3 arrêté et la tubulure d'aspiration du groupe 2 en service établit dans le tronçon de conduite 10 de la branche 5 une dé- pression ayant pour conséquence qu'une partie au moins du gaz d'échappement du groupe 2, en service en permanence, circule en retour à travers le catalyseur 7. Selon la figure 5, le moteur 1 est encore dans sa plage de charge partielle, mais le catalyseur 7 a déjà atteint sa température de service et le système de dé- pression 12 a été arrêté du fait que la soupape 14 a été amenée à sa position fermée, ce qui coupe la communica- tion entre la branche d'échappement 5 et la tubulure d'aspiration du premier groupe de cylindres 2. La figure 6 montre le moteur dans la plage de pleine charge, dans laquelle les deux groupes de cy- lindres 2, 3 sont en service (alimentés en carburant) et les gaz d'échappement sont évacués à travers les branches5 d'échappement 4, 5 et les catalyseurs 6, 7. La soupape d'arrêt 14 est fermée dans cette plage de pleine charge et le système de dépression 12 est arrêté. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne multicylindre, à pistons, possédant au moins deux groupes de cylindres (2, 3) qui présentent chacun une branche de système d'échap- pement (4, 5) avec au moins un catalyseur (6, 7) dans chaque branche, dont un groupe de cylindres (3) peut être arrêté (privé de carburant) dans le régime de charge par- tielle du moteur à combustion interne (1) et dont les branches d'échappement (4, 5) sont reliées entre elles par un tronçon de tuyau (9) placé derrière - dans le sens de l'écoulement (8) du gaz d'échappement des catalyseurs parallèles (6, 7), caractérisé en ce qu'un tronçon de conduite (10) de la branche d'échappement (5) du groupe de cylindres (3) arrêtable, tronçon de conduite qui précède le catalyseur (7) coordonné, peut être soumis à l'action d'un système de dépression (11, 12) dans le régime de charge partielle 2. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif d'arrêt (14, 15) est prévu, au moyen duquel le système de dépres- sion (11, 12) peut être arrêté lorsqu'une température prédéterminée est atteinte. 3. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de dé- pression (11) est formé par les pistons du groupe de cy- lindres (3) arrêté, pistons qui continuent à être animés de mouvements pendant le fonctionnement du moteur, les chambres de combustion des cylindres de ce groupe (3) communiquant avec la branche d'échappement (5) de celui-ci. 4. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que les soupapes d'échappe- ment des cylindres du groupe (3) arrêté sont amenées à la position ouverte et les soupapes d'admission sont amenées à la position fermée. 5. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de dépression (12) comprend une conduite de recyclage de gaz d'échappement (13) qui relie la branche d'échappement (5) du groupe de cylindres (3) arrêtable à la tubulure d'as- piration du groupe de cylindres (2) alimenté en carbu-5 rant. 6. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'arrêt est une soupape d'arrêt (14) installée dans la conduite de recyclage de gaz d'échappement (13).