Brevet FR2753490A1 — publié le 19980320

i L'invention concerne un procédé pour faire fonctionner un moteur à combustion interne, selon lequel on introduit le carburant dans un conduit d'admission du moteur et on l'échauffe dans la zone du conduit d'admis- sion, au moins pendant la phase de démarrage à froid du moteur, avant son entrée dans le cylindre. Elle concerne également un moteur à combustion interne possédant un conduit d'admission pour l'amenée de carburant à une soupape injectrice d'un cylindre, un in- jecteur éjectant le carburant, ainsi qu'une source chauf- fante qui échauffe au moins indirectement le carburant se trouvant dans le conduit d'admission. Un tel procédé et un tel moteur sont tous deux connus par le document DE 40 24 005 Ai sur lequel sont basées les définitions ci-dessus du type générique de procédé et de moteur objets de l'invention. Par le document DE 40 24 005 Ai, on connaît un moteur à combustion interne dans le canal d'admission du- quel une source chauffante réalisée sous la forme d'une plaque est disposée entre un injecteur et une soupape d'admission. Le carburant sortant de l'injecteur, ren- contre la source chauffante, inclinée transversalement à la direction d'injection, ce qui produit son échauffement et sa vaporisation. L'échauffement du carburant procure une meilleure préparation du mélange air/carburant, avec le résultat que les polluants dans le gaz d'échappement sont réduits pendant la phase de démarrage à froid. Tou- tefois, du carburant se condense sur les endroits froids du conduit d'admission, surtout dans la zone autour de la soupape d'admission - ciaprès appelée zone de soupape pour simplifier, dont la soupape elle-même est considérée faire partie aussi - et sur les parties restantes des pa- rois du conduit d'admission, ce qui a un effet défavo- rable sur l'émission de polluants. Par le brevet des E.U.A. 5 297 530, il est connu d'installer un élément chauffant dans une zone comprise entre une soupape d'admission et un injecteur. Le jet de carburant venant de l'injecteur et injecté dans un conduit d'admission d'un cylindre, passe devant l'élément chauffant, comme des parties de l'air extérieur entrant, de sorte que le mélange air/carburant est échauffé. Cet échauffement produit dans ce cas également une meilleure préparation du mélange, de sorte que les polluants émis sont réduits dans la phase de démarrage à froid. Cependant, malgré la dépense de construction relativement élevée pour l'élément chauffant, du carburant se condense encore, dans cette exécution aussi, sur les parois de la canalisation d'aspiration. Le but de l'invention est de perfectionner le procédé du type générique spécifié au début - et formant le point de départ - pour faire fonctionner un moteur à combustion interne, de manière que moyennant une faible dépense de construction, les caractéristiques du moteur dans la phase de démarrage à froid et en particulier l'émission de polluants soient améliorées. L'invention vise également à perfectionner dans le même sens le mo- teur à combustion interne du type spécifié au début. Conformément à l'invention, pour ce qui concerne le procédé, on obtient le résultat recherché par le fait que l'on soumet à un rayonnement électromagné- tique et échauffe ainsi sans contact au moins des sur- faces des parois du conduit d'admission dans la zone d'une soupape d'admission - ci-après appelée zone de sou- pape pour simplifier - et que l'on produit l'évaporation au moins partielle de carburant liquide dans la zone de soupape par contact avec la zone de soupape. Quant au moteur à combustion interne, on ob- tient le résultat recherché par le fait que la source chauffante est une source de rayonnement, que la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique de la source de rayonnement est comprise dans le spectre d'absorption du carburant et/ou de la matière disposée dans la zone de la soupape d'admission - ci-après appelée zone de soupape pour simplifier et/ou de la matière des parois du canal d'admission, et que le rayonnement est dirigé au moins indirectement sur au moins la zone de soupape. En soumettant le mélange air/carburant et/ou la paroi interne du conduit d'admission à un rayonnement au moyen d'une source de rayonnement facile à mettre en place, le carburant se trouvant à cet endroit lors d'un démarrage à froid est échauffé de manière favorable. Il est particulièrement avantageux d'échauffer au moins les parois dans la zone de soupape par rayonnement puisque, ainsi, du carburant ne peut plus, ou seulement dans une faible mesure, se condenser sur des surfaces froides de la canalisation d'aspiration. Le fait d'empêcher la condensation du carburant est favorable aussi et surtout dans des moteurs utilisant des injecteurs qui préchauf- fent le carburant et produisent en particulier sa vapori- sation. La condensation au moins réduite - sinon suppri- mée - de carburant sur les parois du conduit d'admission permet de diminuer, par exemple, l'enrichissement du mé- lange air/carburant dans la phase de démarrage à froid. Dans le cas idéal, on peut même renoncer complètement à l'enrichissement du mélange dû à l'effet de condensation. D'autres caractéristiques et avantages, de même que des modes de mise en oeuvre opportuns de l'invention, ressortiront de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins an- nexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe partielle d'un mo- teur à combustion interne dans la zone d'un conduit d'ad- mission; et - la figure 2 est un diagramme de l'émission d'hydrocarbures lors d'un démarrage à froid. La figure 1 montre une coupe partielle d'un mo- teur à combustion interne dans la zone d'un conduit d'ad- mission 3. Le moteur est équipé d'un injecteur 7 pour le carburant, par lequel le carburant est injecté dans le conduit d'admission 3 en direction du siège 9 de la sou- pape d'admission 1. Comme source de rayonnement 2, on a prévu une lampe tungstène halogène. La source de rayonnement 2 est installée de façon interchangeable dans un évidement mé- nagé entre l'injecteur et la soupape d'admission. En principe, on pourrait également utiliser plusieurs sources de rayonnement à la place de la source 2. Des ca- ractéristiques particulières de l'invention prévoient que pour au moins un maximum de rayonnement de la source émettant le rayonnement chauffant, on choisit une lon- gueur d'onde inférieure à 4 pm, de préférence inférieure à 2 pm, et, selon un choix particulièrement préféré, in- férieure à 1000 nm; que l'on soumet à un rayonnement et on échauffe ainsi au moins des parties de zones des pa- rois 4 du conduit d'admission 3 en dehors de la zone de soupape; et que l'on soumet à un rayonnement et échauffe ainsi au moins la zone de soupape jusqu'à l'entrée en ac- tion automatique d'un catalyseur installé dans le système de gaz d'échappement. Il est opportun que les parois 4 du conduit d'admission 3 soient revêtues, entre l'injecteur 7 et la soupape d'admission 1, d'une couche acccumulatrice de chaleur 6, par exemple sous la forme d'une couche de cé- ramique intérieurement carbonisée. La surface 5 côté conduit d'admission de la tête 10 et du col de la sou- pape, ainsi que de la partie de la tige de soupape 8 si- tuée dans le conduit d'admission 3, sont revêtues égale- ment d'une telle couche accumulatrice de chaleur 6. Une caractéristique particulière de l'invention prévoit que la surface côté conduit d'admission de la soupape d'ad- mission et/ou la paroi du conduit d'admission est revê- tue, tout au moins dans la zone de soupape, d'une couche accumulatrice de chaleur absorbant au moins partiellement le rayonnement. La caractéristique de rayonnement de la source 2 et la matière constitutive de la couche accumulatrice de chaleur 6 sont mutuellement accordées de manière que l'énergie du rayonnement tombant sur la couche accumula- trice de chaleur 6 soit absorbée au moins dans une large mesure par cette couche et qu'elle échauffe celle-ci. Le rayonnement est dirigé au moins sur les sur- faces autour du siège 9 de la soupape et sur la surface 5 côté conduit d'admission de la soupape d'admission 1. La matière superficielle d'au moins la zone de soupape peut ainsi être échauffée au moins à la température de fin d'ébullition du carburant. Le rayonnement peut aussi être dirigé au moins indirectement sur au moins des parties de zones des parois 4 du conduit d'admission 3. Un tel éclairement ou irradiation est réali- sable par exemple par un système optique approprié de type connu, notamment au moyen de lentilles et de sys- tèmes à miroir. Un point de montage préféré pour la source de rayonnement 2 se trouve sur le côté opposé à l'injecteur 7 du canal d'admission 3 puisque, à cet endroit, la source peut être incorporée au moins de manière simple et économique. De plus, une grande partie du carburant se condense - sans le rayonnement prévu par l'invention - sur la surface du canal d'admission 3 située du côté de l'injecteur, surface qui est ainsi irradiée directement par la source 2. Il est opportun que la matière constitutive de la couche accumulatrice de chaleur 6 ou la matière sou- mise au rayonnement du conduit d'admission 3, en particu- lier de la zone de soupape, soit accordée, pour ce qui concerne sa capacité calorique spécifique et sa conducti- vité thermique, avec la durée du comportement d'absorp- tion, la longueur d'onde et l'intensité du rayonnement, de manière que le temps d'échauffement de la couche accumulatrice de chaleur 6 à une température supérieure ou égale à la température de fin d'ébullition du carburant, soit de moins de 10 s, en particulier de moins de 5 s, l'énergie nécessaire à l'échauffement de la couche accumulatrice de chaleur 6 soit aussi faible que pos- sible, - la température superficielle de la couche accumula- trice de chaleur 6 reste au-dessous de la température d'inflammation spontanée du carburant, - l'absorption de l'énergie de rayonnement par la couche accumulatrice de chaleur 6 soit aussi grande que possible et - le refroidissement, nécessaire lors du fonctionnement à chaud, de la zone d'aspiration (du conduit d'admis- sion et de la tubulure d'aspiration) ne soit pas en- travé de manière inadmissible. A la mise en marche du moteur, ou peu avant, c'est-à-dire au plus tard lors du démarrage du moteur et du début simultané de l'injection de carburant, la source de rayonnement 2 est enclenchée. Le rayonnement agit de préférence sur les parois 4 du conduit d'admission 3 entre l'injecteur 7 et la soupape d'admission 1. Le rayonnement de la source 2 est au moins par- tiellement absorbé par la couche accumulatrice de chaleur 6, disposée de préférence dans ces zones, ce qui produit son échauffement. Comme l'échauffement de la zone de soupape au moins et opportunément aussi d'au moins quelques-unes des parties restantes des surfaces du canal d'admission 3 à des températures supérieures à la température de fin d'ébullition du carburant demande un peu de temps, il convient d'actionner la source de rayonnement 2 avant la première injection de carburant dans le conduit d'admis- sion 3. On peut y parvenir par exemple en faisant en sorte que la source 2 soit enclenchée à l'ouverture d'une porte du véhicule. Afin d'exclure en pareil cas une surchauffe, il est approprié de faire fonctionner la source de rayonnement 2 seulement pendant un temps pouvant être préfixé. Dans ce cas, il est possible, par exemple, qu'une logique électronique détecte la température de la paroi (avec ou sans couche accumula- trice de chaleur 6) et exerce éventuellement une action régulatrice. Il est possible aussi de faire en sorte que la source 2 émettant le rayonnement agisse au maximum s après le démarrage du moteur à combustion interne, en particulier tout au plus 60 s. Le rayonnement peut éclairer ou échauffer au moins 60 % et en particulier % des surfaces intensément mouillées de carburant des parois 4 du canal d'admission 3. Comme déjà mentionné, il peut être opportun aussi d'actionner la source de rayonnement 2 - comme dans le cas du préchauffage d'un moteur diesel déjà quelques secondes, en particulier jusqu'à 10 ou 30 secondes avant la mise en marche du moteur à combustion interne. L'éclairement concerné produit au moins l'échauffement de la zone de soupape. Il est avantageux à cet égard de produire un échauffement tel qu'après un temps d'entrée en action déterminé, la condensation de carburant sur les parois 4 - donc en particulier sur la couche accumulatrice de chaleur 6 - soit au moins moindre et que, de préférence, la quantité de carburant condensée soit négligeable sinon nulle. A cet effet, au moins la zone de soupape devrait présenter au moins la température de fin d'ébullition du carburant au démarrage ou peu après le démarrage du moteur. Ce résultat peut être obtenu notamment en ac- cordant mutuellement de façon adéquate les propriétés spécifiques de la matière du conduit d'admission (la conductivité thermique, la capacité calorique spécifique, la profondeur de pénétration de la chaleur, le coeffi- cient d'absorption, et ainsi de suite) et les paramètres de la lampe à halogène (l'intensité, la longueur d'onde et la durée du rayonnement, l'utilisation d'un rayonne- ment continu ou pulsé, et ainsi de suite). Il est opportun que les parois 4 soient irra- diées pendant les premières 60 à 90 secondes, raison pour laquelle il convient de faire fonctionner la source de rayonnement 2 seulement pendant ce temps, d'autant que, ensuite, l'échauffement est assuré suffisamment par le moteur même et qu'un catalyseur installé de façon connue dans le système de gaz d'échappement commence automati- quement à agir. Bien que l'exemple de réalisation décrit concerne un moteur à aspiration qui ne possède qu'une seule soupape d'admission 1, il est à noter expressément que l'invention est applicable aussi, sans problèmes, à des moteurs possédant au moins deux soupapes d'admission 1 ou aussi, par exemple, à des moteurs suralimentés au moyen de compresseurs. La figure 2 représente un diagramme montrant, à la suite d'un démarrage à froid, l'émission d'hydrocar- bures en fonction du nombre de cycles d'un moteur à com- bustion interne. Le diagramme selon la figure 2 montre d'une part l'allure de l'émission d'hydrocarbures (émission de HC) sans rayonnement (ligne en trait continu) et d'autre part avec un rayonnement d'une minute (ligne en poin- tillé). Afin de faire ressortir le bénéfice procuré par l'invention, l'essai a été effectué sur un moteur du com- merce dont ni la zone de soupape ni les parties restantes des parois 4 du conduit d'admission 3 n'étaient pourvues d'une couche accumulatrice de chaleur 6 augmentant l'ef- ficacité de l'échauffement par irradiation selon l'inven- tion. On a utilisé en plus une lampe à halogène quel- conque, de sorte que lors de cet essai, notamment la géo- métrie de la lampe, l'endroit o elle était incorporée, ainsi que sa caractéristique de rayonnement, n'étaient aucunement optimaux. Le diagramme selon la figure 2 a été enregistré à une vitesse du moteur de 1500 tours/minute, une pres- sion de 0,4 bar et une température de démarrage à froid de 20 C. La lampe à halogène, allumée lors du début de l'injection de carburant, avait son maximum de rayonne- ment dans le domaine spectral visible, donc au-dessous d'une longueur d'onde de 1000 nm. Comme on peut le voir sur le diagramme selon la figure 2, la diminution des valeurs d'émission de HC s'effectue, avec utilisation selon l'invention de la lampe à halogène - malgré le fait qu'il s'agit d'un cas défavorable puisque les parois 4 ne sont pas revêtues - plus tôt, d'environ 4 à 10 cycles, que lorsque la zone de soupape n'est pas éclairée. Globalement, l'influence de l'échauffement par rayonnement selon l'invention, c'est- à-dire par la lampe à halogène, sur l'émission de HC, disparaît pratiquement, dans cet exemple, après environ 40 cycles. On peut voir en outre sur le diagramme selon la figure 2 qu'il convient, afin d'obtenir une meilleure ré- duction de l'émission de HC au début du fonctionnement du moteur à combustion interne, de commencer l'irradiation des parois 4 au moins 0, 2 s jusqu'à 2 s avant la première injection de carburant, ce qui correspond à peu près à une durée de 4 à 40 cycles dans cet essai. Cependant, comme les parois 4 sont échauffées aussi par la combus- tion du mélange air/carburant lors de l'essai décrit ici, le temps précité est allongé en consequence dans le cas d'un préchauffage avant le démarrage du moteur. L'échauffement des parois 4 du conduit d'admis- sion 3 peut être soutenu utilement par la disposition d'une couche chauffante, pouvant être chauffée électri- quement par résistance, notamment d'une couche à coefficient de température positif, sur les surfaces de la zone de soupape et/ou les parois 4 du conduit d'admission 3. Dans le but de réduire en particulier la place nécessaire et les coûts et d'économiser de l'énergie (de chauffage), il est avantageux de réaliser la couche chauffante en même temps comme une couche accumulatrice de chaleur 6. Il n'est cependant pas nécessaire de réali- ser toute la couche accumulatrice de chaleur 6 en même temps comme une couche chauffante. C'est ainsi que l'on peut exclure notamment les zones de la soupape d'admis- sion 1 avec lesquelles le contact est difficile à éta- blir. Il est avantageux que la couche chauffante soit en contact électrique avec la matière métallique qui l'environne de la canalisation d'aspiration du moteur puisqu'une mise en contact plus simple est ainsi possible avec le pôle négatif d'une batterie, d'un véhicule auto- mobile par exemple. Pour échauffer une couche accumulatrice de cha- leur 6 réalisée en même temps comme une couche chauffante à coefficient de température positif, une tension élec- trique est appliquée à elle. L'énergie nécessaire pour échauffer la couche thermiquement conductrice/chauffante 6 est relativement faible puisqu'elle est échauffée en plus, faut-il le rappeler, par le rayonnement de la source 2. REVENDICATIONS 1. Procédé pour faire fonctionner un moteur à combustion interne, selon lequel on introduit le carbu- rant dans un conduit d'admission du moteur et on l'échauffe dans la zone du conduit d'admission, au moins pendant la phase de démarrage à froid du moteur, avant son entrée dans le cylindre, caractérisé en ce que l'on soumet à un rayonnement électromagnétique et échauffe sans contact au moins des surfaces des parois (4) du conduit d'admission (3) dans la zone d'une soupape d'admission (1) - ci-après appelée zone de soupape pour simplifier - et que l'on produit l'évaporation au moins partielle de carburant liquide dans la zone de soupape par contact avec la zone de soupape. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, pour au moins un maximum de rayonnement de la source (2) émettant le rayonnement chauffant, on choisit une longueur d'onde inférieure à 4 pm, de préfé- rence inférieure à 2 pm, et, selon un choix particulière- ment préféré, inférieure à 1000 nm. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on soumet à un rayonnement et échauffe par le rayonnement au moins des parties de zones des pa- rois (4) du conduit d'admission (3) en dehors de la zone de soupape. 4. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on soumet à un rayonnement et échauffe ainsi au moins la zone de soupape jusqu'à l'entrée en ac- tion automatique d'un catalyseur installé dans le système de gaz d'échappement. 5. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on échauffe la matière superficielle d'au moins la zone de soupape à au moins la température de fin d'ébullition du carburant. 6. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, après le démarrage du moteur à combustion interne, on fait fonctionner la source (2) émettant le rayonnement au maximum 90 s, en particulier tout au plus s. 7. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on échauffe au moins 60 % et en particu- lier 90 % des surfaces mouillées intensément de carburant des parois (4) du conduit d'admission (3). 8. Moteur à combustion interne possédant un conduit d'admission pour l'amenée de carburant à une sou- pape injectrice d'un cylindre, un injecteur éjectant le carburant, ainsi qu'une source chauffante qui échauffe au moins indirectement le carburant se trouvant dans le conduit d'admission, caractérisé en ce que la source chauffante est une source de rayonnement (2), que la lon- gueur d'onde du rayonnement électromagnétique de la source (2) est comprise dans le spectre d'absorption du carburant et/ou de la matière disposée dans la zone de la soupape d'admission (1) - ci-après appelée zone de sou- pape pour simplifier - et/ou de la matière des parois (4) du canal d'admission (3), et que le rayonnement est di- rigé au moins indirectement sur au moins la zone de sou- pape. 9. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce qu'au moins un maximum de rayonnement de la source de rayonnement (2) est placé au- dessous de 4 pm, de préférence au-dessous de 2 pm et, ce qui est particulièrement préféré, au-dessous de 1000 nm. 10. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que le rayonnement est di- rigé au moins indirectement sur au moins des parties de zones des parois (4) du canal d'admission (3). 11. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que le rayonnement est di- rigé au moins sur des surfaces disposées autour du siège (9) de la soupape d'admission (1), ci-après appelées zone de soupape pour simplifier. 12. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que la source de rayonne- ment (2) est une lampe. 13. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que la source de rayonne- ment (2) est une lampe à halogène. 14. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que la source de rayonne- ment (2) est une lampe tungstène halogène. 15. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que la surface (5) côté conduit d'admission de la soupape d'admission (1) et/ou la paroi (4) du conduit d'admission (3) est revêtue, tout au moins dans la zone de soupape, d'une couche accumula- trice de chaleur (6) absorbant au moins partiellement le rayonnement. 16. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que la source de rayonne- ment (2) éclaire et échauffe ainsi au moins 60 % et en particulier 90 % des surfaces mouillées intensément de carburant. 17. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que les surfaces de la zone de soupape et/ou les parois (4) du conduit d'admission (3) présentent une couche chauffante pouvant être chauf- fée électriquement par résistance, en particulier une couche chauffante à coefficient de température positif. 18. Moteur à combustion interne selon la reven- dication 17, caractérisé en ce que la couche chauffante peut être mise en contact, à travers la matière qui l'en- toure, avec le pôle négatif de la batterie. 19. Moteur à combustion interne selon les re- vendications 15 et 17, caractérisé en ce que la couche chauffante est en même temps la couche accumulatrice de chaleur (6).