Brevet FR2864166A1 — publié le 20050624

Moteur à combustion interne avec stratification de gaz d'échappement recyclés et procédé de stratification. La présente invention est relative aux moteurs à combustion interne, notamment pour véhicules automobiles, dans lesquels une partie des gaz d'échappement issus de la combustion est recyclée dans la chambre de combustion afin de limiter les émissions de gaz polluants à l'échappement. A cet effet, on sait en effet, qu'il est nécessaire d'augmenter le taux des gaz d'échappement recyclés admis dans les chambres de combustion du moteur et, à cet effet, de procéder à une stratification de ces gaz d'échappement recyclés avec le mélange frais d'air et de carburant également admis dans les chambres de combustion. On utilise généralement, à cet effet, des parois fixes montées dans les conduits d'admission et des systèmes de vannes et de clapets généralement disposés dans les conduits d'admission afin de modifier la stratification dans les chambres de combustion. La demande de brevet GB-A-2 298 896 (FORD) prévoit ainsi une paroi qui divise le conduit d'admission en deux parties, une partie de ce conduit étant alors réservée à l'admission des gaz d'échappement recyclés dont le débit est commandé par un clapet mobile. La demande de brevet européen EP-A-719 916 (IFP) prévoit de disposer une vanne papillon allongée formant une portion de paroi à l'intérieur même du conduit d'admission, de façon à diriger circonférentiellement les gaz d'échappement recyclés vers une portion de la chambre de combustion pour améliorer la stratification. La demande de brevet allemand DE-A-38 28 742 (TOYOTA) prévoit également une paroi disposée à l'intérieur d'un conduit d'admission, de façon à diviser celui-ci en deux parties, l'une des 2864166 2 parties recevant un piquage d'un conduit de recyclage de gaz d'échappement dont le débit est contrôlé par une valve commandée. Dans tous les cas, on constate des difficultés pour obtenir la stratification désirée dans les chambres de combustion du moteur. De plus, les clapets commandant le débit des gaz d'échappement recyclés ont tendance à s'encrasser lorsqu'ils sont disposés à l'intérieur même du conduit d'admission, comme c'est le cas en particulier dans la demande de brevet EP-A-719 916 précédemment citée. De plus, la définition précise d'une stratification reste difficile, étant donné que les gaz d'échappement recyclés sont amenés par un conduit d'admission qui véhicule également une partie du mélange d'air et de carburant nécessaire à la combustion. La présente invention a pour objet de permettre une définition précise de la stratification des gaz d'échappement recyclés dans les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, et ce, d'une manière particulièrement simple, en supprimant les inconvénients des dispositifs connus. Le moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, 'selon l'invention, est du type comportant une culasse et au moins un cylindre au-dessus duquel la culasse définit une chambre de combustion. Le cylindre peut être alimenté en air et en mélange carburant par un conduit d'admission, les gaz issus de la combustion dans le cylindre étant véhiculés par un conduit d'échappement. Une partie des gaz d'échappement est en outre recyclée dans le cylindre. Le moteur comprend un moyen d'injection disposé dans la culasse pour l'injection des gaz d'échappement recyclés dans le cylindre. Grâce à cette disposition, il est facile de positionner le moyen d'injection de manière appropriée pour l'obtention de la stratification désirée des gaz d'échappement recyclés dans la chambre de combustion. 2864166 3 Le moyen d'injection comprend avantageusement au moins une buse d'injection débouchant directement dans la chambre de combustion du cylindre. De préférence, le moyen d'injection comprend plusieurs buses d'injection débouchant directement dans la chambre de combustion du cylindre, lesdites buses étant positionnées en des points spécifiques déterminés par rapport à l'axe du cylindre. Les buses peuvent par exemple être positionnées à des distances radiales différentes de l'axe du cylindre. Les buses peuvent également être positionnées dans un secteur particulier de la chambre de combustion, selon la stratification désirée. Selon un mode de réalisation, chaque buse communique avec un conduit d'injection de gaz d'échappement recyclés, piqué sur le conduit d'échappement. Chaque buse peut être obturée par un clapet en fonction du cycle de fonctionnement du moteur. Dans un mode de réalisation avantageux, le clapet est mû automatiquement par la dépression dans le cylindre et par la pression dans le conduit d'échappement. L'invention concerne également un procédé de stratification des gaz d'échappement en partie recyclés dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, dans lequel les gaz d'échappement recyclés sont injectés directement dans la chambre de combustion par des moyens d'injection prévus dans la culasse du moteur. De préférence, l'injection est faite en des points de la chambre de combustion déterminés en fonction de la stratification désirée. Il est ainsi facile d'obtenir une stratification particulière des gaz d'échappement dans la chambre de combustion, simplement au moyen d'un positionnement géométrique spécifique des points d'injection sur la culasse. 2864166 4 L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre schématiquement, en coupe latérale, la disposition des moyens d'injection dans une chambre de combustion de cylindre de moteur à combustion interne; - la figure 2 est une vue de dessus montrant schématiquement la disposition des points d'injection des gaz d'échappement recyclés dans les chambres de combustion de deux cylindres; -la figure 3 montre la définition géométrique de la position des points d'injection des gaz d'échappement recyclés, selon un premier mode de réalisation; -la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, montrant un deuxième mode de réalisation; et -la figure 5 est une vue en coupe analogue à la figure 1, d'une variante de réalisation. Telle qu'illustrée sur la figure 1, la culasse 1 d'un moteur à combustion interne coopère avec un cylindre 2 à l'intérieur duquel peut se déplacer un piston 3. La face inférieure 4 de la culasse 1 définit, à la partie supérieure du cylindre 2, une chambre de combustion 5. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, le mélange d'air et de carburant est amené à la chambre de combustion 5 par le conduit d'admission 6 situé dans la culasse 1. L'orifice du conduit d'admission 6 peut être obturé par une soupape d'admission 7. Les gaz d'échappement, issus de la combustion, peuvent s'échapper par un conduit d'échappement 8, qui peut être obturé par une soupape d'échappement 9. Un moyen d'injection, référencé 10 dans son ensemble, est disposé dans la culasse 1 et permet l'injection d'une partie des gaz 2864166 5 d'échappement, recyclés dans la chambre de combustion 5. A cet effet, le moyen d'injection 10 comprend une buse d'injection 11 qui débouche directement dans la chambre de combustion 5 du cylindre 2. La buse d'injection 11 communique avec un conduit 12, lui-même relié à une conduite de distribution 13 qui reçoit les gaz d'échappement recyclés par un piquage 14 pratiqué sur la conduite d'échappement 8. Un clapet de commande 17 mobile permet d'obturer automatiquement la buse d'injection 11. A cet effet, le clapet mobile 17 présente une portion centrale 18, de forme générale sphérique, ainsi que des portions périphériques 19 munies de perforations 20. Le clapet 17 peut se déplacer à l'intérieur d'un logement 21 pratiqué dans la culasse 1. Le conduit d'injection 12 débouche dans le logement 21 par une portion élargie jouant le rôle de siège, de forme conique 22 qui peut coopérer avec la portion sphérique 18 du clapet 17, de façon à obturer le conduit 12. Le clapet 17 peut se déplacer automatiquement à l'intérieur du logement 21 sous l'action de la pression régnant dans le conduit d'échappement 8 et de la dépression créée dans le cylindre 2. Dans la position illustrée sur la figure 1, la soupape d'échappement 9 est ouverte et la pression régnant dans la conduite d'échappement 8, en combinaison avec la dépression créée dans le cylindre 2, a entraîné l'ouverture automatique du clapet 17 dont la portion centrale sphérique 18 dégage le siège conique 22. Les gaz d'échappement recyclés peuvent traverser les perforations 20 et être injectés directement dans la chambre de combustion 5 par la buse 11. Dans une phase antérieure à l'explosion dans le cylindre 2, la soupape 9 est fermée, entraînant une augmentation de pression dans le cylindre 2 et la fermeture automatique du clapet 17. Chacune des buses 11 peut être équipée d'un clapet de ce type. 2864166 6 La vue de dessus de la figure 2 montre un exemple dans lequel le moyen d'injection 10 comporte trois buses, référencées respectivement 11a, llb et llc, chacune reliée à un conduit 12a, 12b et 12c, en communication avec la conduite de distribution 13. Sur la figure 2, on a montré deux cylindres du moteur à combustion, présentant les mêmes moyens d'injection. Deux conduits d'admission 6a, 6b pour chaque cylindre ont été représentés sur la figure. La figure 3 illustre la manière dont les buses d'injection des gaz d'échappement recyclés peuvent être positionnées avec précision dans la culasse 1 par rapport à la chambre de combustion 5. Sur la figure 3, on a défini dans la chambre de combustion 5, de forme circulaire, quatre secteurs, référencés respectivement 15a, 15b, 15c et 15d, et délimités par deux axes orthogonaux X-X' et Y-Y'. L'axe du cylindre 2, qui est en même temps l'axe de la chambre de combustion 5, est référencé O. L'injection des gaz d'échappement recyclés est faite dans l'exemple illustré sur la figure 3, dans les deux secteurs 15c et 15d. A cet effet, les gaz d'échappement recyclés sont injectés en trois points, A, B et C, qui correspondent à la position de trois buses d'injection, telles que les buses lla, llb et llc, illustrées sur la figure 2. La position de chacun des points d'injection A, B, C peut être définie, selon l'invention, avec grande précision. La position géométrique de chaque point est définie par l'angle (par exemple, l'angle alpha) d'un rayon d'un point d'injection par rapport à l'un des axes Y-Y' ou X-X'. La position est également définie par la distance radiale du point d'injection par rapport à l'axe O (distance référencée R sur la figure 3). Chaque point d'injection peut être disposé à une distance radiale différente. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'injection des gaz d'échappement recyclés se fait, dans l'exemple illustré sur cette figure, 2864166 7 dans deux secteurs 15c, 15d qui correspondent à la moitié de la chambre de combustion, tandis que l'admission du mélange d'air et de carburant se fait par deux conduits d'admission, 6a, 6b, débouchant dans l'autre moitié 15a, 15b de la chambre de combustion 5. La figure 4 illustre une variante de réalisation, dans laquelle la disposition des conduits d'admission 6a, 6b est la même que sur la figure 3, mais où les points d'injection des gaz d'échappement recyclés A, B et C, tout en étant toujours au nombre de trois, sont cette fois disposés dans les deux secteurs 15a et 15d. Le premier conduit d'admission 6a débouche dans le secteur 15a, tandis que le deuxième conduit d'admission débouche dans le secteur 15b. Dans les exemples illustrés sur les figures 2, 3 et 4, les conduits d'échappement n'ont pas été représentés afin de simplifier la figure. Dans tous les cas, la position des différents points d'injection, comme leur nombre, peuvent être aisément adaptés à la stratification désirée, en fonction du moteur et de son fonctionnement. La figure 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle la paroi supérieure de la chambre de combustion 5, définie par la face inférieure 4 de la culasse 1, présente une surface inclinée 16, sur laquelle peuvent être disposées des buses d'injection, telles que les buses 11d et lle. La position de ces buses d'injection par rapport à la face inférieure 4 de la culasse 1 peut être déterminée avec précision, en tenant compte de la distance entre les buses lld et lle et la face 4, cette distance étant référencée Z sur la figure 1 pour la buse lle. Dans ce mode de réalisation, la position des points d'injection des gaz d'échappement recyclés matérialisés par les buses 11e et lld, peut être définie géométriquement avec précision par les éléments géométriques illustrés sur la figure 3 et par les distances Z illustrées sur la figure 5. Il est ainsi possible de placer chaque point d'injection avec 2864166 8 précision et de définir le nombre de points d'injection requis pour la stratification désirée. 9 REVENDICATIONS 1-Moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, du type comportant une culasse et au moins un cylindre (2) au-dessus duquel la culasse définit une chambre de combustion (5), le cylindre pouvant être alimenté en air et en mélange carburant par un conduit d'admission, les gaz issus de la combustion dans le cylindre étant véhiculés par un conduit d'échappement (8), une partie des gaz d'échappement étant en outre recyclée dans le cylindre, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen d'injection (10, 11) disposé dans la culasse pour l'injection des gaz d'échappement recyclés dans le cylindre. 2-Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'injection comprend au moins une buse d'injection (11) débouchant directement dans la chambre de combustion (5) du cylindre. 3-Moteur à combustion interne selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen d'injection comprend plusieurs buses d'injection débouchant directement dans la chambre de combustion du cylindre, lesdites buses étant positionnées en des points spécifiques (A, B, C) déterminés par rapport à l'axe du cylindre. 4-Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdites buses sont positionnées à des distances radiales différentes de l'axe du cylindre. 5-Moteur à combustion interne selon les revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que lesdites buses sont positionnées dans un secteur particulier de la chambre de combustion. 6-Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que chaque buse 2864166 10 communique avec un conduit (13) d'injection de gaz d'échappement recyclés, piqué sur le conduit d'échappement (8). 7-Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le chaque buse peut être obturée par un clapet (17) en fonction du cycle de fonctionnement du moteur. 8-Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le clapet (17) est mû automatiquement par la dépression dans le cylindre et par la pression dans le conduit d'échappement. 9-Procédé de stratification des gaz d'échappement en partie recyclés dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, caractérisé par le fait que les gaz d'échappement recyclés sont injectés directement dans la chambre de combustion (5) par des moyens d'injection prévus dans la culasse du moteur. 10-Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'injection est faite en des points de la chambre de combustion déterminés en fonction de la stratification désirée.