Brevet FR2885177A1 — publié le 20061103

Moteur à combustion interne équipé d'un dispositif et d'un procédé de compression des qaz d'échappement et de l'air réintroduit à l'échappement. La présente invention concerne les moteurs à combustion interne à allumage commandé ou à allumage par compression, à aspiration naturelle ou suralimentés. Elle s'applique plus particulièrement à la recirculation des gaz d'échappement (E.G.R) et à l'injection d'air à l'échappement (I.A. E.) de tels moteurs. L'E.G.R. est une technique utilisée pour réduire la consommation et les émissions en oxyde d'azote et également pour améliorer les performances d'un moteur à combustion interne. Il s'agit de rediriger les gaz d'échappement vers l'admission du moteur où ils se mélangent à l'air frais. Les gaz d'échappement étant à très haute température au sortir de la chambre de combustion, l'I.A.E permet un réallumage des hydrocarbures imbrûlés et par conséquent une pollution moindre. Traditionnellement, le circuit d'E.G.R prélève une partie du débit d'échappement pour le réintroduire à l'admission. Le débit maximum de gaz dépend de la surpression relative des gaz d'échappement par rapport à l'air d'admission. Ce débit maximum est nul quand la pression d'échappement est inférieure à celle présente à l'admission. Dans ce cas de figure I' E.G.R devient impossible. On essaie donc de réduire la zone de régime et de pression moyenne effective défavorable à la recirculation en optimisant la perméabilité du circuit d' E.G.R, mais, ceci ne suffit pas à atteindre les objectifs de taux d' E.G.R. optimum pour tous les points de fonctionnement moteur. La publication JP200274314 décrit un moteur à combustion interne pour lequel la génération de gaz brûlés sous pression est réalisée à l'aide d'un moteur auxiliaire. Il s'agit en fait du moteur actionnant la pompe de refroidissement du moteur principal. Ce moteur aspire dans un premier temps de l'air carburé pour s'auto-allumer. Les gaz brûlés en provenance de ce moteur auxiliaire sont ensuite dirigés vers l'admission des cylindres du moteur principal. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord elle implique la consommation d'une partie du carburant pour l'alimentation du moteur auxiliaire. Ensuite elle fait appel à deux moteurs ayant des cycles thermodynamiques différents (le moteur principal est à allumage commandé tandis que le moteur auxiliaire est à allumage par compression) ce qui complique considérablement le dispositif. Enfin cette réalisation ne prévoit pas de récupérer sur le même arbre les couples du moteur principal et du moteur auxiliaire. La présente invention a donc pour objectif de pallier aux inconvénients susmentionnés, en fournissant un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif autorisant l'E.G.R. sur une large plage de points de fonctionnement, et ceci sans surconsommation de carburant. Un objectif additionnel de cette invention est de fournir une pompe d'I.A.E. Dans ce but le moteur selon l'invention comporte des moyens d'orientation d'au moins une partie des gaz d'échappement en provenance de premiers cylindres de combustion vers un dernier cylindre de recirculation qui les refoule sans combustion. Selon une autre caractéristique de l'invention le piston du cylindre de recirculation est entraîné par le vilebrequin des premiers cylindres. Avantageusement, les moyens d'obturation du cylindre de recirculation sont entraînés à partir du vilebrequin des cylindres de combustion. De manière avantageuse, les cylindres sont au nombre de quatre. La présente invention concerne également un procédé de commande d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce que les gaz d'échappement des cylindres de combustion sont aspirés dans le cylindre de recirculation durant la phase de descente du piston dans le cylindre de recirculation et en ce que, les gaz d'échappement sont refoulés vers l'admission du moteur durant la phase de remontée du piston dans le cylindre de recirculation. Avantageusement, les moyens d'obturation des moyens d'échappement du cylindre de recirculation sont ouverts durant la phase de descente du piston dans le cylindre de recirculation et, les moyens d'obturation des moyens d'admission du cylindre de recirculation sont ouverts durant la phase de remontée du piston dans le cylindre de recirculation. En outre ce procédé de commande d'un moteur à combustion interne présente au moins un mode de fonctionnement dans lequel une partie de l'air d'admission est aspiré par le cylindre de recirculation pour être refoulé directement sans combustion vers l'échappement du moteur. Selon une caractéristique de ce mode de fonctionnement, une partie au moins de l'air d'admission est aspirée dans le cylindre de recirculation durant la phase de descente de son pistons et, l'air aspiré est refoulé durant la phase de remontée du piston dans le dernier cylindre. Le procédé de commande selon l'invention présente en outre au moins un mode de fonctionnement pour lequel les moyens d'obturation des moyens d'admission et les moyens d'obturation des moyens d'échappement ne sont jamais ouverts. Enfin, selon un autre mode de ce procédé de commande, le cylindre de recirculation fonctionne suivant le même cycle thermodynamique que les premiers cylindres. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture d'un des modes de réalisation de l'invention, non limitatif, faite en référence aux figures qui représentent: figure 1: une vue schématique d'un moteur selon l'invention comportant N cylindres actifs plus un cylindre auxiliaire fonctionnant en pompe E.G.R. figure 2: un chronogramme de la loi de distribution du cylindre auxiliaire dans le mode de fonctionnement de la figure 1. figure 3: une vue schématique du même moteur fonctionnant selon le mode N cylindres actifs avec le cylindre auxiliaire déconnecté. figure 4: un chronogramme de la loi de distribution du cylindre auxiliaire dans le mode de fonctionnement de la figure 3. - figure 5: une vue schématique d'un moteur selon l'invention fonctionnant selon le mode N cylindres actifs et le cylindre auxiliaire actif de manière classique. figure 6: un chronogramme de la loi de distribution du cylindre auxiliaire dans le mode de fonctionnement de la figure 5 - figure 7: une vue schématique d'un moteur selon l'invention fonctionnant selon le mode N cylindres actifs avec le cylindre auxiliaire assurant la fonction de pompe I.A.E. figure 8: un chronogramme de la loi de distribution du cylindre auxiliaire dans le mode de fonctionnement de la figure 7. La figure 1 est une vue schématique du premier mode de fonctionnement du moteur à combustion interne selon l'invention. Sur cette figure on voit les cylindres de combustion 1, 2 et 3 fonctionnant classiquement. Ces cylindres de combustion sont alimentés en air par le circuit d'amission 4 et refoulent les gaz brûlés par le circuit d'échappement 5. Le circuit d' E.G.R comprend une vanne 6, un circuit 7 conduisant les gaz brûlés à un autre cylindre, le cylindre de recirculation 8, structurellement identique aux cylindres 1, 2 et 3 (alésage, course, cycle thermodynamique, forme de chambre, conduits d'amission et d'échappement). Un conduit 9 est placé en aval du cylindre 8 afin de rediriger les gaz brûlés vers l'admission d'air 4. Dans le mode de fonctionnement de la figure 1, les cylindres de combustion fonctionnent suivant un cycle à quatre temps, à allumage commandé ou à allumage par compression. Le mouvement alternatif du piston dans le cylindre de recirculation 8 est induit par un système bielle\manivelle dont l'entraînement est assuré par le vilebrequin des cylindres de combustion 1, 2 et 3, soit directement, soit via une transmission. La figure 2 permet de comprendre la loi de distribution du cylindre de recirculation 8 pour ce mode de fonctionnement. Sur cette figure le chronogramme 12 donne la position des soupapes d'admission, le chronogrammes 13 la position des soupapes d'échappement et le chronogramme 14 la course du piston dans le cylindre 8 entre le point mort bas et le point mort haut. Lorsque le besoin en E.G.R. se fait sentir, les soupapes d'échappement s'ouvrent concomitamment à la descente du piston dans le cylindre de recirculation 8. Les gaz brûlés en provenance des cylindres de combustion 1, 2,3 sont aspirés dans le cylindre de recirculation 8. Les soupapes d'échappement se referment lorsque le piston du cylindre de recirculation 8 atteint son point mort bas A. Les soupapes d'admission s'ouvrent alors, et restent ouvertes lors de la remontée du piston qui chasse alors l'E.G.R sous pression vers l'admission, autorisant ainsi un fort taux d'E.G.R. même à forte charge sur un moteur suralimenté. Le taux d'E.G.R. peut de plus être modulé par la vanne 6 intercalée entre l'échappement des cylindres de combustion 1, 2 et 3 et celui du cylindre de recirculation 8. Dans ce mode de fonctionnement le cylindre auxiliaire joue le rôle de pompe aspirante\refoulante de gaz brûlés. Dans le mode de fonctionnement de la figure 3, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées en permanence afin de limiter les pertes par pompage. Ce mode de fonctionnement est essentiellement intéressant lorsque le cycle thermodynamique est à allumage commandé. Dans ce cas, la déconnexion du cylindre de recirculation 8 permet d'augmenter la charge des postes qui restent actifs, et donc de diminuer leurs pertes par pompage et d'augmenter le rendement du moteur. Comme le montre le chronogramme de la figure 4, seul le piston du cylindre auxiliaire continue sa course représentée par la courbe 14. La figure 5 montre un autre mode de fonctionnement du moteur selon l'invention. Dans ce mode, le cylindre de recirculation 8 fonctionne suivant le même cycle thermodynamique et avec la même charge que les cylindres de combustion 1, 2 et 3, éventuellement avec I'E.G.R symbolisé par la ligne en points tillés 15. La figure 6 donne la loi de distribution du cylindre auxiliaire pour ce mode de fonctionnement du moteur. Sur cette figure le chronogramme 12 donne la position des soupapes d'admission, le chronogramme 13 la position des soupapes d'échappement et le chronogramme 14 la course du piston dans le cylindre 8. On constate ici le fonctionnement classique du piston et des soupapes du cylindre 8. La figure 7 est une vue schématique du dernier mode de fonctionnement du moteur à combustion interne selon l'invention. Dans ce mode, une partie du débit d'air moteur est aspirée par le cylindre auxiliaire via le conduit 9. Cet air est comprimé par le cylindre de recirculation 8 puis il est refoulé dans le conduit d'échappement 5 des autres cylindres. Cet air n'est pas mélangé à du carburant lors de son passage dans le cylindre 8.11 joue le rôle d'oxydant vis- à-vis des hydrocarbures imbrûlés et du monoxyde de carbone présent dans les gaz d'échappement. Il permet donc de limiter les émissions polluantes du moteur. Les chronogrammes 12, 13, 14 donnent respectivement le motif d'ouverture\fermeture des soupapes d'admission et d'échappement ainsi que la course du piston dans le cylindre de recirculation 8. L'aspiration de l'air s'effectue sur le demi tour moteur où le piston descend. La soupape d'admission du cylindre de recirculation 8 est donc ouverte pendant la descente du piston dans le cylindre de recirculation 8 jusqu'à ce qu'il atteigne son point mort bas. Puis la soupape d'échappement du même cylindre 8 est ouverte et la remontée du piston dans le cylindre auxiliaire provoque le refoulement de l'air frais sous pression qui entre en contact avec les gaz d'échappement. Pour les quatre modes de fonctionnement précédemment décrits, le mouvement alternatif du piston dans le cylindre de recirculation 8 est induit par un système bielle manivelle dont l'entraînement est assuré par le vilebrequin des cylindre actifs 1, 2 et 3, soit directement, soit via une transmission. Pour les modes de fonctionnement où les soupapes d'admission et d'échappement du cylindre de recirculation 8 sont actives, la distribution de ce cylindre de recirculation 8 peut aussi être entraînée par celle des cylindres actifs 1, 2, 3, directement, via une transmission ou grâce à un entraînement électromécanique. La vanne 6 qui sépare l'échappement des cylindres de combustion 1, 2 et 3 de celui du cylindre de recirculation 8 peut être à 3 voies. Ainsi, elle autorisera l'alimentation du moteur en E.G.R, dans le mode de fonctionnement où le cylindre auxiliaire fonctionne suivant le même cycle thermodynamique que les cylindres de combustion. Cette vanne peut en outre intégrer la fonction de refroidissement de l'E.G.R. REVENDICATIONS 1) Moteur à combustion interne comportant, une pluralité de cylindres (1, 2, 3, 8), des moyens d'admission d'air (4) dans les cylindres, des moyens d'échappement des gaz brûlés (5) hors des cylindres et des moyens d'obturation desdits moyens d'échappement et d'admission de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'orientation (6, 7, 9) d'au moins une partie des gaz d'échappement en provenance de premiers cylindres de combustion (1, 2, 3) vers un dernier cylindre de recirculation (8) qui les refoule directement. 2) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston du cylindre de recirculation (8) est entraîné par le vilebrequin des premiers cylindres. 3) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation du cylindre de recirculation (8) sont entraînée à partir du vilebrequin des cylindres de combustion (1, 2, 3). 4) Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cylindres sont au nombre de quatre. 5) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins un mode de fonctionnement dans lequel les gaz d'échappement sont aspirés dans le cylindre de recirculation (8) qui les comprime et les refoule, vers l'admission d'air (4) des cylindres de combustion (1, 2, 3). 6) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les gaz d'échappement des cylindres de combustion (1, 2, 3) sont aspirés dans le cylindre de recirculation (8) durant la phase de descente du piston dans le cylindre de recirculation (8) et en ce que, les gaz d'échappement sont refoulés vers l'admission (4) du moteur durant la phase de remontée du piston dans le cylindre de recirculation (8). 7) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication précédente caractérisé en ce que les moyens d'obturation des moyens d'échappement du cylindre de recirculation (8) sont ouvert durant la phase de descente du piston dans le cylindre de recirculation (8) et en ce que les moyens d'obturation des moyens d'admission du cylindre de recirculation (8) sont ouverts durant la phase de remontée du piston dans le cylindre de recirculation. 8) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente au moins un mode de fonctionnement dans lequel une partie de l'air d'admission est aspirée par le cylindre de recirculation (8) pour être refoulé directement sans combustion vers l'échappement du moteur. 9) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que une partie au moins de l'air d'admission est aspiré dans le cylindre de recirculation (8) durant la phase de descente du piston dans le cylindre de recirculation (8), et en ce que l'air aspiré est refoulé durant la phase de remontée du piston dans le cylindre de recirculation (8). 10)Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon l'une, des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente au moins un mode de fonctionnement pour lequel les moyens d'obturation des moyens d'admission et les moyens d'obturation des moyens d'échappement ne sont jamais ouverts. 11) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le cylindre de recirculation (8) fonctionne suivant le même cycle thermodynamique que les premiers cylindres (1,2,3).