Brevet FR2781011A1 — publié le 20000114

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne à 4 temps, suralimentés. La suralimentation peut être réalisée par un turbo-compresseur ou par un compresseur entraîné tel qu'un compresseur à vis par exemple. Les moteurs suralimentés permettent des réductions de consommation au prix toutefois d'une technologie sophistiquée. De façon connue, les moteurs turbo-compressés récupèrent une partie de l'énergie perdue dans les gaz d'échappement au moyen d'une turbine placée dans le flux de gaz brûlés. Cette énergie est utilisée positivement, pour comprimer l'air d'admission, ce qui augmente le remplissage en air et accroît donc les performances du moteur. Un compresseur centrifuge couplé à la turbine peut être utilisé à cet effet. Le brevet US 4 909 035 illustre un moteur de ce type. La turbo-compression conduit bien à une augmentation du rendement du moteur puisque la puissance fournie au compresseur est récupérée sur l'énergie des gaz d'échappement. La turbo-compression constitue le type de suralimentation le plus utilisé actuellement notamment sur les moteurs de moyenne et grosse cylindrées. Ces moteurs ont de bons rendements. Toutefois un premier problème réside dans le temps de réponse lors d'une accélération. En outre un manque de pression de suralimentation à bas régime est souvent constaté. Par ailleurs une turbine à l'échappement génère forcément une contre-pression défavorable au fonctionement moteur. Ceci modifie la thermique à l'échappement avec par exemple des incidences défavorables sur le temps de mise en action du pot catalytique. Les compresseurs entraînés tels que décrits par exemple dans la demande EP 249718 génèrent une bonne pression de suralimentation à bas régime avec un temps de réponse quasi nul. De plus leur implantation est aisée. Les inconvénients classiquement connus des compresseurs mécaniques sont un mauvais rendement notamment à haut régime, un coût important, la génération de bruit. Par ailleurs, on sait que dans les moteurs suralimentés à allumage commandé et injection indirecte (c'est-à-dire dans le circuit d'admission et non pas dans la chambre de combustion), tout croisement des soupapes est néfaste au fonctionnement du moteur. En effet, un croisement des soupapes signifie une ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement, ouverture pendant laquelle une partie du carburant peut être directement court-circuité à l'échappement, sans avoir été brûlé si la pression d'admission est supérieure à celle de l'échappement. Ceci génère surconsommation et pollution. On a donc cherché à éviter ce croisement, à "décroiser" les soupapes c'est-à-dire à ouvrir I'admission uniquement lorsque l'échappement est fermé. Ceci conduit à avoir des taux importants de gaz résiduels dans les chambres de combustion, notamment à bas régime, pleine charge, ce qui favorise l'apparition de cliquetis sur les moteurs à allumage commandé. Pour éviter le cliquetis, une solution consiste à régler le moteur en "sous avance" à l'allumage ce qui conduit à une perte de rendement du moteur. En outre, le décroisement des soupapes impliquant que des gaz résiduels occupent tout le volume mort cylindre, ce dernier ne peut être utilisé comme volume utile pour la performance. Le remplissage en air du cylindre n'est donc pas optimal. La présente invention a notamment pour objectifs - de réduire le taux de gaz résiduels et d'augmenter simultanément le remplissage dans un moteur à allumage commandé, suralimenté. - d'éviter tout risque de rejet de carburant directement dans la ligne d'échappement. Le domaine d'application de l'invention est donc préférentiellement celui des moteurs suralimentés, et plus précisément dans les zones de fonctionnement o la pression de l'air à l'admission (P2) est supérieure à la pression (P3) régnant dans la (ou les) tubulures d'échappement. La présente invention a pour objet un procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à allumage commandé suralimenté et à injection directe d'essence dans la (ou les) chambre(s) de combustion lorsque la pression de l'air dans le circuit d'admission est supérieure à la pression à l'échappement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste à réaliser un croisement des soupapes et à asservir le début de l'injection à la quasi-fermeture de l'une au moins des soupapes d'échappement ce qui permet d'éviter le court-circuitage du carburant. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la suralimentation peut être réalisée grâce à un turbo-compresseur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la suralimentation est réalisée par un compresseur mécanique entraîné. Préférentiellement, on utilise une distribution variable de type mécanique tel que par exemple, un déphaseur d'arbres à cames, pour réaliser le croisement des soupapes. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut utiliser un moyen électrohydraulique ou électromagnétique pour réaliser le croisement des soupapes. Ce type de distribution permet d'adapter le fonctionnement moteur aux caractéristiques de la suralimentation. De façon avantageuse, I'invention est mise en oeuvre pour le fonctionnement à forte charge et bas régime moteur lorsqu'un turbo- compresseur est utilisé. Dans le cas o un compresseur mécanique est utilisé, le procédé est alors mis en oeuvre pour le fonctionnement à forte charge, quel que soit le régime moteur. D'autres caractéristiques, détails, avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux planches annexées, sur lesquelles: - La figure 1 est un diagramme pression-volume cylindre obtenu selon l'art antérieur; - La figure 2 est une courbe donnant la levée des soupapes selon l'art antérieur; - La figure 3 est un diagramme pression-volume cylindre obtenu selon l'invention; et - La figure 4 est une courbe donnant la levée des soupapes selon I'invention. Les figures 1 et 2 concernent donc l'art antérieur. La figure 1 montre le diagramme classique de la pression dans un cylindre en fonction du volume du cylindre, pour les différents temps d'un cycle moteur. Les 4 temps sont respectivement référencés: (1) admission, (2) compression, (3) détente et (4) échappement. La pression P2 à l'admission est ici supérieure à la pression à l'échappement P3. La figure 2 montre la levée correspondante des soupapes d'échappement (courbe E) et d'admission (courbe A). On remarque que l'ouverture de l'admission coïncide approximativement avec la fermeture de l'échappement, ceci afin notamment d'éviter le court-circuitage de gaz imbrûlés à l'échappement comme indiqué en tête de la description. La figure 3 illustre la mise en oeuvre de l'invention. Les phases de détente (3) et de compression (4) sont inchangées vis-à-vis de l'art antérieur, de même que l'échappement. Cependant, la fin de l'échappement (4) et le début de l'admission (1) sont modifiées. Ceci est dû au croisement des soupapes associé à un début d'injection asservi à la fin de l'échappement. La figure 4 illustre cette mise en ceuvre: lorsque l'échappement (courbe E') n'est pas encore terminé, l'admission (courbe A') débute; en outre, l'injection I ne débute que lorsque la (ou les) soupapes d'échappement sont fermées. Le croisement des soupapes peut être opéré en retardant l'échappement et/ou en avançant l'admission vis-à-vis du fonctionnement connu. Selon l'invention, c'est-à-dire lorsque la pression d'admission est supérieure à la pression d'échappement, les gaz résiduels sont balayés vers l'échappement lors de la phase de croisement. Par ailleurs, aucun carburant n'est rejeté directement vers l'échappement puisque le début de l'injection n'est réalisé qu'à la fin de la phase de croisement, soit après la fermeture de l'échappement. Le croisement des soupapes selon l'invention, pourra être permanent mais il sera préférentiellement réalisé dans le cadre d'une distribution variable, sur certaines zones de fonctionnement. La distribution variable peut être de type mécanique: elle sera alors par exemple obtenue grâce à un déphaseur d'arbre à cames. Sans sortir du cadre de l'invention, la distribution pourra être totalement variable: des systèmes électrohydrauliques ou électro- magnétiques peuvent alors être utilisés. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à allumage commandé suralimenté et à injection directe d'essence dans la (ou les) chambre(s) de combustion lorsque la pression de l'air dans le circuit d'admission (P2) est supérieure à la pression à l'échappement (P3), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un croisement des soupapes et à asservir le début de l'injection à la quasi fermeture de l'une au moins des soupapes d'échappement afin d'éviter le court-circuitage du carburant à I'échappement. 2) Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suralimentation est réalisée par un turbo-compresseur. 3) Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suralimentation est réalisée par un compresseur mécanique entraîné. 4) Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise une distribution variable de type mécanique pour réaliser le croisement des soupapes. ) Procédé de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise un déphaseur d'arbres à cames. 6) Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise une distribution variable de type électrohydraulique ou électromagnétique pour réaliser le croisement des soupapes. 7) Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour le fonctionnement à forte charge et bas régime moteur. 8) Procédé de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour le fonctionnement à forte charge, quel que soit le régime moteur.