Brevet FR2774126A1 — publié le 19990730

L'invention concerne un procédé pour faire fonctionner un moteur à combustion interne, en particu- lier un moteur Diesel, comprenant des injecteurs, des soupapes d'admission et d'échappement et un dispositif pour retenir le gaz d'échappement en vue d'un fonctionnement en frein moteur, procédé selon lequel une injection de carburant dans un espace délimité par un piston et un allumage spontané du mélange air- carburant s'effectuent dans la phase de compression, le gaz brûlé produit étant ensuite expulsé à travers une soupape d'échappement, et selon lequel une soupape prévue pour le fonctionnement en frein moteur est ouverte lors du fonctionnement en frein moteur. La pratique a montré que pendant le fonctionnement en frein moteur d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur Diesel, avec retenue de gaz d'échappement par un volet de retenue de gaz d'échappement, par la turbine à gaz d'échappement d'un turbocompresseur de suralimentation ou par une liaison prévue entre le moteur et le turbocompresseur et contenant un volet de retenue de gaz d'échappement en aval de la turbine du turbocompresseur, des problèmes se posent au niveau des buses des injecteurs. En effet, les buses, en particulier les calottes des buses d'injecteurs, présentent souvent des détériorations dues à un échauffement excessif, liées à des formations de calamine qui proviennent de résidus de carburant, surtout dans l'espace mort s'il s'agit de buses à trous borgnes, ou de fuites provenant d'aiguilles d'injection ne fermant pas complètement ou se levant de façon incontrôlée de leur siège pendant la phase de fonctionnement en frein moteur sans combustion de carburant. Comme, en raison des exigences sévères aux- quelles doit répondre la puissance du frein moteur, les sections des fentes de passage des volets de retenue de gaz d'échappement doivent être conçues très petites, le débit d'air du moteur diminue très fortement à cause des contre-pressions élevées produites dans le moteur et du faible taux de remplissage ainsi provoqué. L'air chaud refoulé à travers une soupape de frein moteur dans le canal de sortie est soumis, pendant ce processus, à des recyclages qui le ramènent dans les cylindres. Cela signifie que les ouvertures pour la quantité recyclée pourraient être constituées d'une part par les canaux des soupapes de frein moteur ou d'autre part, pour la quantité recyclée principale, par les soupapes d'échappement elles-mêmes. En effet, il n'est pas toujours garanti que les soupapes d'échappement s'ouvrent seulement selon le cycle habituel de renouvellement des gaz. Des ondes de pression occasionnent fréquemment des phases d'ouverture incontrôlée, ce qui entraîne un remplissage des cylindres à partir du système d'échappement, phénomène qui provoque de fortes élévations de la température dans les cylindres, lesquelles sont co- responsables des problèmes mentionnés plus haut. Les échauffements excessifs des buses d'injection, en particulier de leurs calottes, ont pour effet une surcharge mécanique des parois des trous d'injection, surcharge qui est due à la diminution - à mesure que la température s'élève - des caractéristiques de résistance, ou des modifications durables du matériau constitutif des buses. Les conséquences nuisibles en sont des enlèvements de matériau sur les bords des trous d'injection lors du fonctionnement normal avec combustion de carburant, ce qui déforme ou modifie très fortement et de façon nui- sible le déploiement du jet de carburant injecté. La formation du mélange de carburant est ainsi nettement dégradée, ce qui conduit à des inconvénients considérables au niveau de la consommation de carburant et de l'émission de polluants. La formation de calamine sur les parois des trous d'injection a également un effet nettement nocif sur l'aptitude fonctionnelle des injecteurs, entraînant les mêmes conséquences pour la consommation et la pollution. La formation de calamine entraîne un bouchage partiel ou même complet des trous d'injection, ce qui peut conduire à des formes asymétriques des jets pendant l'injection de carburant et, par suite, à une formation dégradée du mélange, suivie d'une combustion incomplète de certains jets coniques. Les problèmes qui viennent d'être décrits, dans les systèmes de frein moteur utilisant des volets de retenue de gaz d'échappement, se produisent généralement aussi, à des puissances de freinage plus élevées, avec les systèmes de frein moteur qui possèdent une "fente de frein moteur" directement en amont de la roue de turbine ou dont la turbine à gaz d'échappement est munie de grilles de guidage réglables. On a tenté de réduire les fortes sollicitations thermiques des buses d'injection par des dispositions onéreuses, par exemple par la tentative d'évacuer plus rapidement la chaleur engendrée afin d'abaisser les pointes de température. En plus des inconvénients représentés par les coûts plus élevés qui en étaient la conséquence, le résultat obtenu était insuffisant. La présente invention a donc pour but de créer un procédé, du type mentionné au début, qui évite les inconvénients de l'état actuel de la technique et avec lequel soient évitées en particulier les élévations excessives de la température et les formations de calamine sur les buses d'injection. Conformément à l'invention, partant d'un pro- cédé comme spécifié au début, on obtient ce résultat par le fait que, pour refroidir des buses d'injection des injecteurs dans le fonctionnement en frein moteur du moteur à combustion interne, une injection de carburant dans la chambre de combustion s'effectue, après la fermeture de la ou des soupapes d'admission, à un moment si précoce de la phase de compression que le mélange air-carburant n'est pas encore inflammable. Le procédé d'injection selon l'invention pen- dant la phase de frein moteur, procure un refroidissement des buses d'injection et empêche la formation de calamine sur elles d'une manière simple. Il s'est révélé que de faibles quantités injectées pendant la phase de frein moteur assurent déjà l'effet de refroidissement désiré des buses et contribuent ainsi à la préservation d'une haute puissance de freinage, par le frein moteur, grâce au maintien en bon état des buses. Dans la mise en oeuvre de l'invention, les inventeurs exploitent l'effet de refroidissement produit lors de l'évaporation du carburant pour refroidir les buses. Pour cette raison, il est également conforme à l'invention d'effectuer une injection à un moment aussi précoce que possible, en particulier à un moment o une compression perceptible n'a pas encore eu lieu dans l'espace délimité par le piston, de sorte que l'action refroidissante par le carburant injecté peut être utilisée aussi longtemps que possible, avant que ne puisse se produire un allumage, éventuellement sous l'effet d'une compression devenue suffisante à cet effet, surtout s'il s'agit d'un moteur Diesel. Il est préférable de produire l'injection peu après la fermeture de la soupape d'admission correspon- dante. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, l'injection de carburant s'effectue peu après la fermeture de la ou des soupapes d'admission dans une plage précédant de 60 d'angle de vilebrequin le PMH (point mort haut) du piston. Comme, avec des volets conventionnels de retenue de gaz d'échappement en phase frein moteur, le débit d'air du moteur est très faible, des mélanges inflammables sont formés déjà avec de petites quantités de carburant injectées. Par une injection précoce avancée, le point central de la combustion peut être placé avant le point mort haut, ce qui procure l'effet supplémentaire de l'application directe d'un couple de freinage dû à la combustion - au vilebrequin. La combustion pendant l'ouverture permanente de la soupape prévue pour le fonctionnement en frein moteur, c'est-à- dire de la soupape de frein moteur, laquelle peut être réalisée sous la forme d'un étranglement constant ou d'une soupape de frein moteur à commande cadencée, est soutenue de manière avantageuse, pendant la phase frein moteur, par la forte turbulence de l'écoulement dans la chambre de combustion, par l'écoulement sortant et le recyclage des gaz brûlés chauds à travers la soupape de frein moteur, ou éventuellement aussi à travers la ou les soupapes d'échappement. Le cas échéant, on peut éventuellement utiliser aussi, en tant que soupape de frein moteur, une soupape d'échappement qui est commandée en conséquence. Le document DE 44 25 956 Al décrit un procédé pour faire fonctionner un moteur Diesel, selon lequel, lors du fonctionnement du moteur Diesel en frein moteur, une injection de carburant s'effectue pendant la phase de compression, dans une plage précédant d'au moins 20 d'angle de vilebrequin le point mort haut (PMH), avec un allumage spontané du mélange air- carburant. Cependant, cette mesure était prévue pour renforcer la puissance du frein moteur. Le refroidissement de buses d'injection et l'empêchement d'une formation de calamine ne sont pas prévus par cette mesure et ne pourraient d'ailleurs pas être obtenus par elle avec un résultat satisfaisant. Conformément à un développement avantageux de l'invention, ce procédé connu peut cependant être combiné de façon surprenante avec la présente invention. D'après cette combinaison, à la suite de l'injection très précoce de carburant pour refroidir les buses d'injection, l'allumage du mélange d'air et de carburant injecté est effectué à un moment ultérieur, par exemple dans une plage précédant d'au moins 20 d'angle de vilebrequin le point mort haut, ou aussi plus tard encore. Le début de l'injection pour refroidir les buses, peut s'effectuer déjà, par exemple, 100 ou même déjà 150 avant le PMH, c'est-à-dire peu après la fermeture de la soupape d'admission correspondante. Cette mesure permet d'obtenir un refroidissement optimal des buses d'injection. Un tel refroidissement est déjà réalisable, avec un rendement suffisamment bon, par de petites quantités injectées. Le cas échéant, il n'est pas non plus nécessaire d'injecter du carburant à chaque cycle, mais seulement à chaque deuxième ou troisième cycle. Dans certains cas, il n'est pas non plus exclu qu'une injection de carburant après le point mort haut puisse, dans une variante du procédé ou en plus de l'injection précoce, procurer des avantages en différents cas. Etant donné que, dans la phase de détente, une grande partie de l'air s'est déjà écoulée hors du cy- lindre ou de l'espace délimité par le piston, à travers la soupape de frein moteur, une adaptation du rapport air/carburant pourrait ainsi s'effectuer en vue de l'obtention de quantités injectées minimales avec lesquelles la combustion complète du carburant est encore maintenue. Cette mesure serait utilisable dans ce qu'on appelle aussi des turbosystèmes de frein moteur, dans lesquels la turbine à gaz d'échappement est mise en oeuvre également pour un fonctionnement en frein moteur, afin d'améliorer le comportement de réponse du turbocompresseur de suralimentation. Le procédé d'injection de carburant selon l'invention, pendant la phase frein moteur, permet aussi d'obtenir, de manière avantageuse, une nouvelle conception des autres composants pour le fonctionnement en frein moteur. C'est ainsi que, par exemple, la section du volet de retenue de gaz d'échappement pourrait être agrandie, ce qui diminuerait la sensibilité de ce composant et augmenterait le débit d'air. REVENDICATIONS 1. Procédé pour faire fonctionner un moteur à combustion interne, en particulier un moteur Diesel, comprenant des injecteurs, des soupapes d'admission et d'échappement et un dispositif pour retenir le gaz d'échappement en vue d'un fonctionnement en frein moteur, procédé selon lequel une injection de carburant dans un espace délimité par un piston et un allumage spontané du mélange air-carburant s'effectuent dans la phase de compression, le gaz brûlé produit étant ensuite expulsé à travers une soupape d'échappement, et selon lequel une soupape prévue pour le fonctionnement en frein moteur est ouverte lors du fonctionnement en frein moteur, caractérisé en ce que, pour refroidir des buses d'injection des injecteurs dans le fonctionnement en frein moteur du moteur à combustion interne, une injection de carburant dans la chambre de combustion s'effectue, après la fermeture de la ou des soupapes d'admission, à un moment si précoce de la phase de compression que le mélange air-carburant n'est pas encore inflammable. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'injection de carburant s'effectue, peu après la fermeture de la ou des soupapes d'admission, dans une plage précédant de 60 d'angle de vilebrequin le point mort haut du piston. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que la soupape prévue pour le fonctionnement en frein moteur est réalisée comme un étranglement constant. 4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'allumage du mélange air-carburant injecté. 5. Procédé selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le mélange d'air et de carburant injecté est allumé dans une plage précédant d'au moins 20 d'angle de vilebrequin le point mort haut du piston.