Brevet FR2794800A1 — publié le 20001215

Moteur à combustion interne suralimenté. fonctionnant avec un combustible gazeux L'invention concerne un moteur à combustion interne suralimenté, fonctionnant avec un carburant gazeux, du type défini plus en détails au préambule de la revendication 1. De tels moteurs à combustion interne, qui sont appelés également des moteurs à gaz et, en particulier, sont utilisés dans des véhicules utilitaires, sont connus par l'état général de la technique. Pour pouvoir obtenir une plus grande puissance, dans la plupart des cas ils sont équipés d'un turbocompresseur entrainé par les gaz d'échappement et sont alors qualifiés de moteurs à combustion interne suralimentés. La plupart du temps, de tels moteurs à combustion interne présentent un carter à air de suralimentation, devant lecuel, dans le tube d'air de suralimentation, s'effectue la formation du mélange, en mélangeant à l'air de suralimentation du gaz, amené au moyen d'un dispositif d'amenée de gaz ou d'un dispositif de mélange de gaz. Au moyen du carter d'air de suralimentation et des canaux d'admission s'y raccordant le mélange homogène air-gaz généré est amené individuellement au chambre à combustion du moteur a combustion interne. Des moteurs à combustion interne ayant ce type de mélange de gaz ont cependant un comportement en réaction relativement inerte, du fait que le chemin qui mène le mélange air-gaz depuis la carburation jusqu'au chambre de combustion est relativement long. Un autre problème, se posant avec les moteurs à combustion interne d'aujourd'hui, est la distribution plus ou moins irrégulière du- mélange air-gaz vers les différentes chambres de combustion. Ceci mène à un rendement désavantageux du moteur à combustion interne, sachant que le problème augmente encore lorsque l'on a une suralimentation plus fortement poussée. Du fait de la distribution, mauvaise et inégale, du mélange air- gaz vers les chambres à combustion, on obtient également des inconvénients, concernant les émissions émises par le moteur à combustion interne, du fait que le point d'allumage concerné pour les émissions et pour le rendement, du mélange dans la chambre de combustion respective, ne peut être réglé conjointement pour toutes les chambres de combustion et qu'ici il faut toujours prendre en compte l'inflammabilité de la chambre de combustion la plus désavantageuse. Le but de la présente invention est de créer un moteur à combustion interne suralimenté, fonctionnant avec un carburant gazeux, qui présente un meilleur comportement en réaction, un meilleur rendement et un plus faible taux d'émission de substances nocives aue les moteurs à combustion interne suralimentés connus jusqu'ici, fonctionnant avec un carburant gazeux. Selon l'invention, ce problème est résolu par les propriétés indiquées dans la partie caractérisante de la revendication 1. Grâce à l'association d'au moins une soupape d'amenée de gaz à chaque chambre de combustion spécifique du moteur à combustion interne, on obtient une carburation séparée pour chaque chambre de combustion. Ceci permet avantageusement d'obtenir une distribution plus régulière du gaz ou du carburant vers les différentes chambres de combustion. L'expulsion de substances nocives et le rendement du présent moteur à combustion interne dépendent du rapport d'air de combustion et du moment de l'allumage, qui sont impliqués en une relation en fonction de la capacité d'allumage du mélange air-carburant. Pour cette raison, pour chaque état de fonctionnement du moteur à combustion interne, un rapport optimal d'air de combustion doit être recherché dans toutes les chambres de combustion. Grâce à l'élément séparateur selon l'invention, qui subdivise le carter ou la conduite d'amenée d'air de suralimentation en au moins deux chambres avec des canaux d'entrée d'écoulement associés, ou bien en au moins deux conduites, l'influence exercée sur le cadencement d'aspiration d'une chambre de combustion par les autres chambres de combustion est minimisée, ce qui mène à l'obtention d'une distribution régulière de l'air de suralimentation vers toutes les chambres de combustion pour réaliser des conditions d'air de combustion identiques dans toutes les chambres de combustion. On peut par exemple, pour un moteur à combustion interne ayant six chambres de combustion, chaque fois grouper trois chambres de combustion ne s'allumant pas directement les unes après les autres avec une chambre pour amener de l'air de suralimentation, faisant que l'on minimise toute influence mutuelle entre le cadencement d'aspiration des différentes chambres de combustion par les écoulements d'air et les tourbillonnements d'air. L'espacement temporel auquel le mélange air-carburant est allumé dans une chambre, alors qu'il se trouve dans deux chambres de combustion successives, peut être précisément prévu de manière qu'il soit supérieur au temps d'ouverture respectif des soupapes d'admission des différentes chambres de combustion. De ce fait, le mélange air-gaz qui se trouve dans un canal d'admission ne peut arriver qu'à la chambre de combustion chaque fois prévue pour cela. Ainsi, l'amenée de la même quantité d'air et de gaz à chaque chambre de combustion est obtenue, ce qui assure une très bonne combustion. En adoptant les chemins les plus courts, que le gaz doit parcourir depuis le lieu de sa carburation jusqu'aux chambres de combustion, on obtient un comportement en réaction plus rapide et ainsi une meilleure dynamique du moteur à combustion interne. Des modes de réalisation et des perfectionnements avantageux de l'invention résultent des sous revendications, ainsi que des exemples de réalisation représentés dans leur principe ci-après à l'aide du dessin. Dans le dessin: La Fig. 1 est une vue de dessus d'un moteur à combustion interne selon l'invention La Fig. 2 est une vue de dessus représentée schématiquement d'une variante de réalisation du moteur à combustion interne selon l'invention; La Fig. 3 est une coupe selon la ligne III-III de la Fig. 1; et La Fig. 4 est une représentation en coupe analogue à la Fig. 3, avec une variante d'agencement de la soupape d'amenée de gaz. Sur la Fig. 1 est représenté en vue de dessus un moteur à combustion interne 1 à six cylindres, fonctionnant avec un carburant gazeux. Le moteur à combustion interne 4 prévu pour des véhicules utilitaires, utilisable théoriquement cependant également pour des voitures particulières, est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur entraîné par les gaz d'échappement, non représenté, et présente à cette fin un carter 2 pour l'amenée d'air de suralimentation dans des canaux d'admission 3, carter désigné ci-après comme étant le carter d'air de suralimentation 2. Les canaux d'admission 3 sont représentés sur les Figs. 3 et 4. Concernant le gaz, il peut s'agir par exemple de gaz naturel ou bien de gaz liquide. En outre, sur le moteur à combustion interne 1 est disposée une conduite d'amenée de gaz 4 pour amener du gaz à des soupapes d'amenée de gaz 5. La conduite d'amenée de gaz 4 s'étend sur toute la longueur du moteur à combustion interne et est reliée à chaque soupape d'amenée de gaz 5. Le gaz, lors de la détente, est de nouveau refroidi et est amené au moteur à combustion interne 1 à une température relativement faible, ce qui mène à une plus basse température de mélange et, ainsi, à un plus haut rendement du moteur à combustion interne 1. Ceci se reflète par exemple par le fait que, pour la même quantité de NOx expulsé, on choisit un moment plus précoce pour l'allumage. L'agencement des soupapes d'amenée de gaz 5 est mieux visible sur les Figs. 3 et 4, les variantes se distinguant par le mode de fonctionnement des soupapes d'amenée de gaz 5. Dans le mode de réalisation de la Fig. 3, chaque soupape d'amenée de gaz 5 envoie du gaz prélevé de la conduite d'amenée de gaz 4 en utilisant l'impulsion du gaz détendu, directement dans le canal d'admission 3 respectif, qui mène à une soupape d'admission 6, connue en soi, et dans une chambre de combustion 7, lorsque la soupape d'admission 6 est en position ouverte. La chambre de combustion 7 se trouve, de manière connue, à l'intérieur d'une culasse 8 du moteur à combustion interne 1, dans laquelle la soupape d'admission ou plusieurs soupapes d'admission 6 sont disposées. Il serait en variante également possible de disposer les soupapes d'admission de gaz 5 dans la culasse 8. Dans le mode de réalisation de la Fig. 4, la conduite d'amenée de gaz 4 est intégrée dans le carter d'air de suralimentation 2 et est réalisée sous la forme d'un perçage 4 s'étendant au moins à peu près sur toute la longueur du moteur à combustion interne 1, perçage disposé au-dessous des soupapes d'amenée de gaz 5 et alimentant celles-ci en gaz. Un perçage de prélèvement ou piquage 9 part des soupapes d'amenée de gaz 5 et mène chaque fois dans le canal d'admission 3. Le reste de l'agencement correspond à celui de la Fig. 3. Dans les deux formes de réalisation, la formation de mélange, donc la mise en mélange du gaz amené par les soupapes d'amenée de gaz 5 avec l'air amené par le carter d'air de suralimentation 2, s'effectue ainsi déjà partiellement dans les canaux d'admission 3. Les deux formes de réalisation ont également en commun 'que les soupapes d'amenée de gaz 5 sont disposées dans le carter d'air de suralimentation 2. En tout cas il serait également envisageable d'adopter un agencement de celles-ci dans la culasse 8. Du fait que le moteur à combustion interne 1, comme déjà mentionné cidessus, présente six chambres de combustion 7, globalement on a prévu six soupapes d'amenée de gaz 5. Ainsi qu'on peut le voir de nouveau sur la Fig. 1, dans le carter d'air de suralimentation 2 se trouve un élément séparateur 10 au moyen duquel le carter d'air de suralimentation 2 est subdivisé en deux chambres 2a et 2b. En d'autres termes, le carter d'air de suralimentation 2 est réalisé à deux flux. L'élément séparateur 10 est réalisé en forme de paroi de séparation et s'étend jusqu'à une zone d'entrée, réalisée sous forme de canal d'entrée 11 du carter d'air de suralimentation 2, que subdivise également l'élément séparateur 10. Dans la zone d'entrée dans le carter d'air de suralimentation 2 sont montés en amont les chambres 2a et 2b ainsi que les canaux d'entrée d'écoulement lla et llb. Les canaux d'entrée d'écoulement lla et llb sont ici réalisés de manière à empêcher toute arrivée d'écoulement directe des canaux d'entrée d'air de suralimentation dans les canaux d'entrée d'admission 3. Les chambres 2a et 2b présentent au moins à peu près le même volume, ce qui assure que chaque fois on fournit les mêmes rapports d'air aux chambres de combustion 7 individuelles, pendant la course d'aspiration. Le dosage de la quantité de gaz identique pour chaque chambre de combustion 7 est assuré par les soupapes d'amenée de gaz 5 par le prélèvement du gaz depuis la conduite d'amenée de gaz 4 commune. L'injection l'air de suralimentation dans les deux chambres 2a et 2b s'effectue ici de façon à peu près parallèle à l'axe longitudinal du moteur à combustion interne 1, faisant qu'on évite toute arrivée d'écoulement directe dans les différents canaux d'admission 3 et on assure un remplissage à peu près identique des chambres de combustion 7 par des rapports d'air à peu près identiques dans les chambres 2a et 2b. Le carter d'air de suralimentation 2, ainsi que la conduite d'amenée de gaz 4 reliée à celui-ci, peuvent par exemple être fabriqués selon un procédé de moulage au sable, en aluminium, et constituent conjointement un composant modulaire qui, comme représenté sur la Fig. 3 et la Fig. 4, peut être monté de manière simple par des vis 12 sur la culasse 8 ou sur des culasses 8 de genre différent. D'une manière non représentée, on peut également intégrer, les conduites électriques destinées à la commande des soupapes d'amenée de gaz 5 dans le carter d'air de suralimentation 2. La taille du carter d'air de suralimentation 2 permet d'avoir un grand volume d'air de suralimentation, ce qui assure un remplissage bon et régulier des chambres de combustion 7. Pour empêcher toute influence de l'amenée du mélange sur les chambres de combustion 7 associées à l'une des chambres 2a ou 2b, à chacune des chambres 2a ou 2b ne sont à chaque fois associées que trois chambres de combustion 7. Les soupapes d'admission 6 sont ouvertes pour l'amenée du mélange air- gaz aux chambres de combustion 7 qu'à une valeur maximale de 240 pendant un angle de vilebrequin, sachant que le mélange air-gaz s'écoule dans les chambres de combustion 7 du fait que les soupapes d'admission 6 sont en position ouverte. Pour un angle de vilebrequin global de 7200 Dar cycle du moteur à combustion interne 1 ainsi chaque fois seulement les soupapes d'admission 6 d'une chambre de combustion 7 par chambres 2a ou 2b est ouverte et une évacuation par aspiration du mélange air- gaz prévu pour une chambre de combustion 7 déterminée est empêchée au moyen de l'écoulement d'air amené à une autre chambre de combustion 7. De façon générale, il faut toujours seulement associer un nombre de chambres de combustion. 7 à l'une des chambres 2a ou 2b tel que l'espacement entre les allumages des chambres de combustion 7, associées aux chambres 2a ou 2b, est inférieur au temps d'ouverture des soupapes d'admission 6, sachant que, concernant le temps d'ouverture, des courses de soupape inférieur de 10 % à la course de soupape globale ne sont pas déterminantes. On a représenté sur la Fig. 2 un moteur à combustion interne 1 équipé de huit chambres de combustion 7 en V. Ici, comme dans la forme de réalisation de la Fig. 1, une conduite appelée la conduite d'air de suralimentation 13 mène dans ce cas à deux carters d'air de suralimentation 2a et 2b. Dans la conduite d'air de suralimentation 13 est également disposé l'élément séparateur 10 et il divise celle-ci ainsi en deux conduites 13a et 13b. Ce faisant, on a une association entre les deux carters d'air de suralimentation 2a et 2b et les deux conduites 13a et 13b. En variante à cela, il serait également possible, pour des moteurs à combustion interne 1 équipés de chambres de combustion 7 agencées en V, de ne prévoir seulement qu'un carter d'air de suralimentation 2 commun et de réaliser celui-ci à plusieurs flux. Le carter d'air de suralimentation 2 pourrait alors présenter un ou plusieurs éléments séparateurs 10 qui peuvent subdiviser le carter d'air de suralimentation 2 en deux chambres 2a, 2b, 2c... ou plus. Dans le cas d'un moteur à combustion interne 1 ayant quatre chambres de combustion 7, le carter d'air de suralimentation 2 pourrait également être doté de l'élément séparateur 10 et on pourrait associer deux chambres de combustion 7 à chacune des chambres 2a ou 2b. En se basant sur le faible nombre de chambres de combustion 7, il serait en tout cas également envisageable de ne prévoir aucun élément séparateur 10 du fait que l'influence, suite au grand espacement entre les allumages d'un angle de 180 de vilebrequin pour un temps d'ouverture de soupape simultanément déterminant de 180o- 200 d'angle de vilebrequin, pourrait être minimisée en adoptant des dispositions de construction. Comme déjà mentionné ci-dessus, il y a dans le canal d'admission 3 formation de mélange du fait de l'air de suralimentation amené au carter d'air de suralimentation 2 et du gaz introduit dans le canal d'admission 3 par la soupape d'amenée de gaz 5. Pour obtenir un certain mélange entre le gaz et l'air déjà avant l'introduction du mélange air-gaz dans la chambre de combustion 7, la soupape d'amenée de gaz 5 est ouverte pendant une durée déterminée avant la soupape d'admission 6 et également la fermeture de la soupape d'amenée de gaz 5 s'effectue avant la fermeture de la soupape d'admission 6. Grâce à ce que l'on appelle ce décalage d'avancement, on amène à la chambre de combustion 7 d'abord seulement de l'air, puis un mélange air-gaz relativement riche, et enfin de nouveau uniquement de l'air. Ceci assure que l'ensemble du gaz arrive dans la chambre de combustion 7 et qu'il n'y a pas de perte de balayage, concernant le gaz, par le fait qu'il y a croisement des cycles de soupape. Pour constater l'état thermodynamique du gaz dans la conduite d'amenée de gaz 4 sont disposés dans celle-ci un capteur de température de gaz 14 et un capteur de pression de gaz 15, afin de mesurer la température de gaz et la pression de gaz, capteurs dont les valeurs de mesure peuvent être amenées à une unité de commande ou de régulation, non représentée, du moteur à combustion interne 1. En outre est prévu un capteur d'air de suralimentation 16 pour effectuer la mesure de la température et de la pression de l'air de suralimentation qui dans ce cas est disposé dans la chambre 2a. Ces valeurs de mesure sont utilisées pour le calcul et le réglage du rapport optimal d'air de combustion. Dans le présent moteur à combustion interne 1, travaillant selon le principe de Otto, le débit masse d'air est régulé au moyen d'un dispositif d'étranglement non représenté. Selon l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, ceci mène à des pertes par étranglement plus ou moins importantes et, ainsi, à des dégradations du rendement. Pour augmenter le rendement, le débit masse d'air est régulé dans la plage de charge moyenne et haute du moteur à combustion interne 1, au moyen du turbocompresseur entraîné par les gaz d'échappement, déjà mentionné ci-dessus, qui présentent une géométrie de turbine variable. Le turbocompresseur entraîné par les gaz d'échappement doit ici ne véhiculer que la quantité d'air nécessaire au moteur à combustion interne 1, si bien que l'on fournit au processus thermodynamique plus d'énergie venant des gaz d'échappement et qu'il n'y a pas de perte d'étranglement imputable au dispositif d'étranglement. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne suralimenté, fonctionnant avec un combustible gazeux, présentant plusieurs chambres de combustion, au moins une conduite et au moins un carter pour l'amenée d'air de suralimentation aux chambres de combustion, caractérisé en ce qu' à chaque chambre de combustion (7) est associée au moins une soupape d'amenée de gaz (5) pour amener du gaz à la chambre de combustion (7) respective, et en ce que le au moins un carter (2) ou la au moins une conduite (13) d'amenée d'air de suralimentation est subdivisé(e), par au moins un élément séparateur (10), en au moins deux chambres (2a,2b) avec des canaux d'entrée d'écoulement (lla, llb) associés, ou bien en au moins deux conduites (13a,13b). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux d'entrée d'écoulement (lla,llb) sont réalisés de manière à empêcher tout arrivée d'écoulement directe d'air de suralimentation aux canaux d'entrée (3). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différentes chambres (2a,2b) présentent chacune au moins à peu près le même volume. 4. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une conduite d'amenée de gaz (4) est prévue pour l'amenée de gaz aux soupapes d'amenée de gaz (5). 5. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que la au moins une conduite d'amenée de gaz (4) est réalisée sous la forme de perçage ménagé dans le carter (2), pour l'amenée d'air de suralimentation. 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que la au moins une conduite d'amenée de gaz (4) est réalisée sous la forme de conduite, disposée 12 - séparément sur le carter (2), pour l'amenée d'air de suralimentation. 7. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que la conduite d'amenée de gaz (4) constitue, conjointement avec le carter (2), un composant modulaire pour l'amenée d'air de suralimentation. 8. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les soupapes d'amenée de gaz (5) sont disposées à l'intérieur du carter (2) pour l'amenée d'air de suralimentation. 9. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'aux chambres de combustion (7), qui sont allumées directement les unes après les autres, sont chaque fois associées des chambres (2a ou 2b) différentes.