Brevet FR2883046A1 — publié le 20060915

La présente invention concerne un moteur à combustion. Elle concerne en particulier le domaine des moteurs à combustion interne à allumage commandé ou à allumage par compression, celui des moteurs à combustion interne à aspiration naturelle ou suralimentée ainsi que celui des moteurs à combustion interne à injection directe. On sait que ces types de moteurs offrent un potentiel important en terme de réduction de consommation en carburant, notamment grâce au fait qu'ils peuvent fonctionner en mettant en oeuvre une combustion stratifiée. On sait cependant qu'une telle combustion stratifiée nécessite une forte énergie d'allumage comparée à une combustion dans un moteur à injection indirecte, par exemple. Par ailleurs, il est impératif de contrôler délicatement la richesse locale en carburant d'un mélange air-carburant au niveau d'une bougie d'une chambre de combustion du moteur. En particulier, il est généralement souhaité que cette richesse, ou en d'autre terme le rapport air-carburant, soit comprise entre une limite inférieure et supérieure d'inflammabilité du carburant. Et l'écart entre ces deux limites étant relativement faible, la stratification est rendue particulièrement sensible à ladite richesse, d'où la nécessite d'un bon contrôle. Ainsi, afin d'assurer une combustion stratifiée efficace notamment en terme de rendement, il est généralement souhaitable que le point de rendez-vous entre l'étincelle et le mélange qui ont engendré cette combustion soit bien maîtrisé, et ce dans des conditions de fonctionnement du moteur aussi étendue que possible. 2883046 2 On connaît des solutions qui permettent de résoudre en partie ces problèmes. Comme ladite sensibilité dépend notamment des conditions aérodynamiques internes à la chambre de combustion, une solution largement utilisée consiste à mieux contrôler la répartition spatiale du flux d'air dans cette dernière en optimisant l'aérodynamique des conduits d'admission qui véhiculent ce flux, à l'aide d'actuateurs par exemple. Bien qu'ayant rendu de nombreux services, cette solution reste néanmoins limitée en terme de plage d'utilisation et de robustesse des prestations moteur. C'est en particulier le cas pour ce qui concerne les plages de régime et charge moteur. Un but de l'invention est donc de proposer un moteur amélioré. A cet effet, la demanderesse propose un moteur comprenant au moins une chambre de combustion s'étendant selon un axe principal et comportant une bougie, au moins deux soupapes admission, au moins une soupape échappement et un premier injecteur de carburant disposé entre les deux soupapes admission du même coté d'un plan radial, par rapport à l'axe principal, de la chambre que ces dernières, caractérisé en ce qu'un deuxième injecteur de carburant est disposé de sorte à former un triangle avec le premier injecteur et la bougie lorsque la chambre est vue selon ledit axe principal. Des aspects préférés et non limitatifs de ce moteur sont les suivants: la chambre de combustion comporte en outre une culasse et la bougie se trouve dans une région centrale de la culasse, notamment lorsque la chambre est vue depuis une extrémité ; 2883046 3 - le deuxième injecteur est disposé entre une soupape admission et une soupape échappement du même côté d'un plan radial de la chambre que ces dernières lorsque la chambre est vue depuis ladite extrémité ; - la chambre de combustion comporte en outre une culasse et le deuxième injecteur se trouve dans une région centrale de la culasse; le deuxième injecteur se trouve dans une région proche de la bougie de sorte qu'en coopération avec le premier injecteur, on obtienne une flamme qui se propage dans la chambre de combustion avec une vitesse constante dans toutes les directions; le moteur comporte au moins deux soupapes échappement et le deuxième injecteur est disposé d'une part entre une première des deux soupapes admission et une première des deux soupapes échappement au moins prévues et d'autre part du même côté d'un plan radial de chambre que ces deux premières soupapes lorsque la chambre est vue depuis ladite extrémité ; - les premier et deuxième injecteurs sont aptes à injecter des carburants de nature différente; les premier et deuxième injecteurs sont agencés et contrôlés de manière à générer dans la chambre de combustion un mélange air-carburant homogène; - les premier et deuxième injecteurs se trouvent à mi-distance des soupapes respectivement les plus proches; - le moteur est agencé de sorte que, dans des circonstances prédéterminées, seul un des deux injecteurs est apte à mettre en oeuvre une injection de carburant dans la chambre. 2883046 4 D'autres aspects, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention faite conjointement avec les dessins sur lesquels: - la figure 1 illustre une vue de haut en plan de deux variantes d'agencement d'injecteurs de carburant dans une chambre de combustion selon l'invention comportant en particulier deux soupapes admission et une soupape échappement, - la figure 2 illustre une vue de haut en plan de deux variantes d'agencement d'injecteurs de carburant dans une chambre de combustion selon l'invention comportant en particulier deux soupapes admission et deux soupapes échappement, - la figure 3 représente schématiquement en coupe transversale l'une des variantes de la figure 2 consistant entre autres en un premier injecteur de carburant disposé entre deux soupapes admission et un deuxième injecteur disposé sensiblement au centre de la culasse de la chambre de combustion qui supporte notamment l'ensemble des soupapes du moteur, - la figure 4 illustre arbitrairement et à titre de comparaison une plage de fonctionnement régime-charge d'un moteur à injection direct de 20 l'art antérieur et d'un moteur de l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, on a représenté une vue de haut en plan de deux variantes d'agencement d'injecteurs de carburant dans une chambre de combustion 9 selon l'invention. On a représenté un axe longitudinal de la chambre par la référence X 25 (voir figures 1 à 3) 2883046 5 Plus précisément, ces deux variantes non limitatives correspondent à un premier mode de réalisation de l'invention pour lequel la chambre de combustion 9 est munie d'une culasse 10 qui comprend deux soupapes admission 1, 2 et une soupape échappement 3. Le positionnement des soupapes les unes par rapport aux autres sur la culasse 10 est tout à fait standard, mais comme on le comprendra par la suite l'invention n'est nullement limitée à une telle configuration. Comme on peut le voir également, la culasse 10 comprend une bougie 5, sensiblement en son centre, et deux injecteurs de carburant 6, 7. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, un premier injecteur de carburant 6 est disposé entre les deux soupapes admission 1, 2 et d'un même côté d'un plan radial de la chambre que ces dernières lorsque la chambre (9) est vue depuis l'axe principal, notamment lorsqu'elle est vue en plan de haut. Ainsi, si l'on considère un premier plan vertical passant par la bougie 5 et parallèle à un deuxième plan vertical passant par les deux soupapes admission 1, 2, le premier injecteur se trouve par rapport au premier plan, du côté qui contient les deux soupapes admission 1, 2. Tel que représenté à titre d'exemple sur la figure en question, le premier 20 injecteur se trouve à mi-distance des deux soupapes admission 1, 2 et à une distance du centre de la culasse 10 sensiblement supérieure à celle qui sépare ce dernier d'une desdites soupapes. Un deuxième injecteur de carburant 7 est agencé sur le culasse 10 de sorte à former un triangle avec le premier injecteur 6 et la bougie 5. 2883046 6 En particulier, la figure 1 montre que le deuxième injecteur 7 peut être disposé entre l'une des soupapes admission et la soupape échappement 3 tout en étant du même côté d'un plan radial de la chambre que ces dernières. L'injecteur 7 peut notamment se trouver excentré (figure 1A) ou au contraire proche de la bougie 5 (figure 1B). Dans ce dernier cas d'ailleurs, on fera en sorte que la bougie 5 et cet injecteur 7 soient aussi proches que possible tout en restant dans des limites de distance acceptables pour un bon agencement, et ce de manière à créer une flamme dans la chambre de combustion qui se propage avec une vitesse constante dans toutes les directions. Il est également prévu que ce soit non pas la bougie mais ce deuxième injecteur 7 qui soit disposée au centre de la culasse 10. Dans ce cas, la bougie 7 est disposée aussi proche que possible de l'injecteur 7 tout en respectant l'une des contraintes liée à l'invention qui veut que ledit triangle soit formé. On notera par ailleurs que l'invention ne prévoit pas nécessairement de disposer le deuxième injecteur 7 ou la bougie strictement au centre de la culasse 10. Tel qu'illustré sur la figure 3, ces deux éléments peuvent en effet se trouver proche l'un de l'autre dans une région sensiblement centrale de la culasse 10. Un deuxième mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 2. La culasse 10 comprend maintenant une soupape échappement 4 supplémentaire; la chambre de combustion possède donc quatre soupapes. 2883046 7 Comme évoqué précédemment, le premier injecteur 6 se trouve entre les deux soupapes admission 1, 2 et du même côté d'un plan radial de la chambre que ces dernières lorsque la chambre (9) est vue de haut en plan ou depuis l'axe principal X. Et le deuxième injecteur 7 forme de nouveau un triangle avec le premier injecteur 6 et la bougie 5. Sur la figure 2A, le deuxième injecteur 7 est disposé aussi proche que possible de la bougie 5, tandis que sur la figure 2B, il se trouve au contraire sensiblement excentré. Par ailleurs, selon un aspect préféré de l'invention il peut se trouver à mi-distance d'une soupape admission 1, 2 et échappement 3, 4. Comme évoqué en outre dans le premier mode de réalisation, on peut placer ce deuxième injecteur 7 au centre de la culasse 10 et la bougie aussi proche que possible de cet injecteur, l'essentiel étant de respecter notamment la formation dudit triangle. Comme on le comprendra d'après la description de ce deuxième mode de réalisation, une caractéristique importante ici réside dans le fait que l'on évite à tout prix une disposition dans laquelle le deuxième injecteur 7 se trouverait à l'échappement, en particulier entre les deux soupapes échappement 3, 4 du même côté d'un plan radial de la chambre que ces dernières. Une telle caractéristique permet, outre de résoudre en partie les problèmes précités, de limiter une dégradation du deuxième injecteur 7 due à des contraintes thermiques importantes au niveau de l'échappement. 2883046 8 De façon connue en soi, les deux injecteurs de carburant permettent dans tous les cas de mettre en oeuvre des injections dans la chambre de combustion à des instants différents dans un cycle thermodynamique. En d'autres termes, ils offrent la liberté de procéder à des injections respectives décalées temporellement et d'utiliser ainsi au mieux le potentiel d'un moteur notamment à injection directe. A cet égard, on parlera dans la suite du texte de phasage des injections. Le phasage des injections peut être déterminé en fonction de différents critères tels que la géométrie ou l'aérodynamique de la chambre de combustion, ou encore la géométrie des jets de carburant injectés, l'emplacement de la bougie 5, etc. Comme illustré sur la figure 4, une bonne gestion des phasages des deux injecteurs de carburant 6, 7 disposés selon l'invention permet, par rapport à l'art antérieur, d'améliorer notamment la robustesse des réglages du moteur et les plages de fonctionnement de celui-ci. Plus précisément, la figure 4 illustre sur un même graphe la plages de fonctionnement d'un moteur de l'état de la technique comprenant un seul injecteur (coordonnées (N1,C1) et (N2.,C2)), et celui pour un moteur à injection direct selon l'invention (coordonnées (N1',C1') et (N2',C2')). On notera que les axes des ordonnées CHm et des abscisses RGm concernent respectivement une charge et un régime moteur. Comme on peut le voir sur cette figure, lesdites coordonnées permettent de distinguer essentiellement trois zones de fonctionnement connues du moteur, à savoir une zone de fonctionnement du type stratifié 30 (définie par l'aire entre l'origine et (N1,C:1) ou (N1',C1')), une deuxième zone de fonctionnement du type auto-inflammation 31 (aire entre (N2,C2) et 2883046 9 (N1,C1) ou (N1',C1') et (N2',C2')) et une zone de fonctionnement du type stoechiométrie 32 correspondant à une richesse de 1. Toutefois, on peut constater que les zones du type stratifié 30 et autoinflammation 31 concernant le moteur de l'invention possèdent une aire plus 5 importante que celle du moteur de l'art antérieur. En d'autres termes: N1 Selon un autre aspect de l'invention maintenant, le moteur est agencé de sorte que, dans des circonstances prédéterminées, seul un des injecteurs est apte à mettre en oeuvre une injection de carburant dans la chambre (9) . C'est en particulier le cas pour ce qui concerne la zone 32 du type stoechiométrie, où l'on prévoit selon l'invention de réduire le mouillage d'un piston 11 en limitant l'injection de carburant par mise en service d'un seul injecteur parmi les deux prévus, de préférence le premier injecteur 6. En conclusion, l'utilisation d'un phasage différencié combiné à un agencement des injecteurs de carburant 6, 7 conforme à l'invention permet entre autres: d'augmenter la plage de fonctionnement du moteur en mode stratifié et auto-inflammation, - de mieux contrôler le fonctionnement du moteur en mode auto-inflammation (contrôle spatial de la richesse combiné à un phasage 25 adéquat), 2883046 10 et de limiter l'émission d'une fumée nocive à l'échappement par réduction du mouillage du piston. Bien entendu, l'homme du métier comprendra que l'invention peut être déclinée de manière évidente en de nombreux autres modes de réalisation et 5 variantes que ceux décrits dans cette description. En particulier, les premier et deuxième injecteurs 6, 7 peuvent injecter des carburants de nature différente. A titre d'exemple non limitatif, un carburant de nature différente peut consister en un additif détergent, additif promoteur d'auto-inflammation, etc. 11 REVENDICATIONS 1. Moteur comprenant au moins une chambre de combustion (9) s'étendant selon un axe principal et comportant une bougie (5), au moins deux soupapes admission (1, 2), au moins une soupape échappement (3, 4) et un premier injecteur de carburant (6) disposé entre les deux soupapes admission (1 et 2) du même coté d'un plan radial, par rapport à l'axe principal, de la chambre (9) que ces dernières, caractérisé en ce qu'un deuxième injecteur de carburant (7) est disposé de sorte à former un triangle avec le premier injecteur (6) et la bougie (5) lorsque la chambre (9) est vue selon ledit axe principal. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion (9) comporte en outre une culasse (10) et en ce que la bougie (5) se trouve dans une région centrale de la culasse (10), notamment lorsque la chambre est vue depuis une extrémité. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième injecteur (7) est disposé entre une soupape admission (2) et une soupape échappement (3) du même coté d'un plan radial de la chambre (9) que ces dernières lorsque la chambre (9) est vue depuis ladite extrémité. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion (9) comporte en outre une culasse (10) et en ce que le deuxième injecteur (7) se trouve dans une région centrale de la culasse (10). 2883046 12 5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième injecteur (7) se trouve dans une région proche de la bougie (5) de sorte qu'en coopération avec le premier injecteur (6), on obtienne une flamme qui se propage dans la chambre de combustion (9) avec une vitesse constante dans toutes les directions. 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux soupapes échappement (3, 4) et en ce que le deuxième injecteur (7) est disposé d'une part entre une première (2) des deux soupapes admission (1 et 2) et une première (4) des deux soupapes échappement (3 et 4) au moins prévues et d'autre part du même coté d'un plan radial de chambre (9) que ces deux premières soupapes (2 et 4) lorsque la chambre (9) est vue depuis ladite extrémité. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et deuxième injecteurs (6 et 7) sont aptes à injecter des carburants de nature différente. 8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et deuxième injecteurs (6 et 7) sont agencés et contrôlés de manière à générer dans la chambre de combustion (9) un mélange aircarburant homogène. 9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et deuxième injecteurs (6, 7) se trouvent à mi-distance des soupapes respectivement les plus proches. 2883046 13 10. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé de sorte que, dans des circonstances prédéterminées, seul un des deux injecteurs (6, 7) est apte à mettre en oeuvre une injection de carburant dans la chambre (9).