Brevet FR2895027A1 — publié le 20070622

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La presente invention concerne un moteur a combustion interne comprenant une ligne d'admission d'air frais et une ligne d'echappement de gaz brules qui debouchent dans les cylindres d'une chambre de combustion ainsi qu'une ligne de soufflage d'air pourvue de moyens de compression et de moyens de regulation du debit d'air. L'invention trouve une application particulierement avantageuse dans la realisation d'un moteur a combustion interne turbocompresse a allumage commande. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Lors du fonctionnement d'un moteur a combustion interne pourvu d'une chambre de combustion, de fair frais et du carburant sont injectes et brules dans les cylindres de la chambre de combustion puis sont evacues par la ligne d'echappement a de ties hautes temperature et pression. Ces temperature et pression sont variables en fonction du regime du moteur et du couple qu'il developpe. Les performances specifiques des moteurs a combustion interne croissant, ces couple et puissance atteignent des valeurs de plus en plus importantes. Les temperatures et pressions subies par la ligne d'echappement sont donc egalement de plus en plus elevees, ce qui, a long terme et combine avec la presence de particules oxydantes dans les gaz brules, risque de deteriorer la ligne d'echappement. Par ailleurs, lors de la phase d'echappement des gaz brules, issus de la combustion des gaz frais et du carburant, realisee par la remontee de pistons dans les cylindres de la chambre de combustion, ii subsiste un volume mort entre les pistons et le haut de ces cylindres comprenant un volume de gaz brules residuels ne pouvant plus servir de comburant a la combustion du carburant, ce qui diminue Ies performances du moteur. On connalt du document US 6192677 un moteur a combustion interne comprenant, afin de proteger la ligne d'echappement, une ligne de soufflage de gaz fais qui est pourvue de moyens de compression et de regulation de fair souffle et qui debouche dans un injecteur. Cet injecteur est dispose sur la ligne d'echappement, a proximite de la chambre de combustion, et injecte, en plus de I'air frais circulant dans la ligne de soufflage, un agent reducteur reagissant avec les particules oxydantes des gaz brutes afin de reduire I'oxydation de la ligne d'echappement. L'utilisation d'un injecteur specifique pour traiter les gaz brules evacues de la ligne d'echappement impose de disposer d'un reservoir d'agent reducteur. Par ailleurs, dans ce moteur, on ne resout pas le probleme de la presence d'un volume de gaz brules residuels dans la chambre de combustion apres la phase d'echappement. OBJET DE L'INVENTION Par rapport a I'etat de la technique precite, la presente invention propose une nouvelle disposition de la ligne de soufflage. Plus particulierement, on propose selon ('invention un moteur a combustion interne tel que defini dans ['introduction, dans lequel it est prevu que la ligne de soufflage debouche directement ou indirectement dans les cylindres, en amont de leur raccordement avec la ligne d'echappement, pour injecter dans lesdits cylindres de I'air souffle comprime. Ainsi, grace a ['invention, la ligne de soufflage est adaptee, tors de la phase d'echappement des gaz brules vers la ligne d'echappement, a injecter de ('air souffle sous pression afin non seulement d'evacuer les gaz brules residuels contenus dans la chambre de combustion mais aussi de meler cet air souffle aux gaz brules de maniere a abaisser efficacement la temperature des gaz contenus dans la ligne d'echappement. En evacuant les gaz brules residuels, on obtient, apres la phase d'echappement, uniquement de ['air frais dans les cylindres si bien que ('ensemble des gaz contenus dans la chambre de combustion apres cette phase est apte a reagir avec le carburant. Par ailleurs, en abaissant la temperature des gaz contenus dans la ligne d'echappement, on peut utiliser des materiaux moins resistant aux hautes temperatures et donc moins couteux pour realiser la ligne d'echappement. On remarquera en outre que les moyens de compression de ('air souffle permettent d'injecter cet air souffle dans la chambre de combustion quelle que snit la pression regnant a I'interieur de cette derniere sans que les gaz brules ne refluent dans la ligne de soufflage. Les moyens de regulation permettent quanta eux de reguler le debit d'air souffle circulant dans la ligne de soufflage de maniere a ne I'injecter dans la chambre de combustion qu'uniquement lorsque cela est necessaire au bon fonctionnement du moteur. D'autres caracteristiques avantageuses et non limitatives du moteur a combustion interne selon ('invention sont les suivantes : le debit d'air souffle equivaut a au moins 10% du debit de gaz brules ; la ligne de soufflage comporte un refroidisseur d'air secondaire dispose en aval des moyens de compression ; les moyens de compression comprennent un compresseur auxiliaire et des moyens d'entrainement du compresseur auxiliaire ; - les moyens d'entrainement du compresseur auxiliaire comprennent un moteur electrique ; - les moyens d'entrainement du compresseur auxiliaire comprennent un vilebrequin, des moyens de liaison du vilebrequin au compresseur auxiliaire et des moyens de debrayage du vilebrequin avec le compresseur auxiliaire ; - les moyens de compression sont adaptes a compresser ('air souffle circulant dans la ligne de soufflage a une pression superieure a la pression maximum regnant dans la chambre de combustion ; les moyens de regulation comprennent un clapet anti-retour ; les moyens de regulation comprennent un clapet a commande electromagnetique ; - la ligne de soufflage se separe en autant de canaux de soufflage que la chambre de combustion comprend de cylindres, ces canaux de soufflage debouchant chacun directement dans un cylindre de la chambre de combustion ; les moyens de regulation sont adaptes a injecter ['air souffle dans la ligne d'admission lorsque les soupapes d'echappement sont ouvertes ; les moyens de regulation sont adaptes a injecter ('air souffle dans la ligne d'admission lorsque les soupapes d'admission sont ouvertes ; Ia ligne de soufflage prend naissance dans la ligne d'admission en aval du compresseur ; et les moyens d'injection de carburant injectent dans la chambre de combustion un volume de carburant stoechiometrique par rapport au volume total d'air provenant de la ligne d'admission et de la ligne de soufflage. Selon une variante de realisation du moteur a combustion interne conforma a ('invention, la ligne de soufflage se separe en au moins autant de canaux de soufflage que la chambre de combustion comprend de cylindres, ces canaux de soufflage debouchant chacun dans un des canaux d'admission de la ligne d'admission. Avantageusement alors, les moyens de regulation sont adaptes a injecter ('air souffle dans Ies cylindres Iorsque les soupapes d'admission et d'echappement du moteur a combustion interne sont ouvertes. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexes donnes a titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste ('invention et comment elle peut etre realisee. Sur les dessins annexes : la figure 1 est une vue schematique d'un moteur a combustion interne selon ('invention ; - la figure 2 est un graphique representant la variation des coefficients d'ouverture des soupapes et moyens de regulation de ['air souffle du moteur a combustion interne de la figure 1 en fonction de la position angulaire de son vilebrequin ; - Ia figure 3 est une vue schematique d'un moteur a combustion interne selon une variante de realisation de ('invention ; et - la figure 4 est un graphique representant la variation des coefficients d'ouverture des soupapes et moyens de regulation de ('air souffle du moteur a combustion interne de la figure 3 en fonction de la position angulaire de son vilebrequin. En preliminaire, on notera que, d'une figure a I'autre, les elements identiques ou similaires des differents modes de realisation de !'invention seront, dans la mesure du possible, references par les memes signes de references et ne seront pas decrits a chaque fois. Dans la description, les termes aval et Sur la figure 1, on a represents un moteur a combustion interne 10 qui comprend des chambres de combustion 11 definies dans quatre cylindres 12 pourvus chacun d'un piston entrainant en rotation un vilebrequin au moyen d'une bielle. En aval des chambres de combustion 11, le moteur a combustion interne 10 comporte une ligne d'echappement 30 de gaz brutes s'etendant d'un collecteur d'echappement 31, relie par quatre canaux d'echappement 31A a chacun des cylindres 12 du moteur a combustion interne 10, jusqu'a un pot de detente 50. En outre, la ligne d'echappement 30 comprend, en amont du pot de detente 50, une turbine 40A d'un turbocompresseur 40. En amont des chambres de combustion 11, le moteur a combustion interne 10 comprend une ligne d'admission 20 d'air frais. Cette ligne d'admission 20 preleve ['air frais directement dans I'atmosphere et s'etend jusqu'a un repartiteur d'air 21 qui debouche sur quatre canaux d'admission 21A lies chacun a une des chambres de combustion 11 et pourvus de moyens d'injection de carburant dans lesdites chambre. En outre, la ligne d'admission 20 comporte un compresseur 40B du turbocompresseur 40 comprimant I'air frais. Cet air frais compresse est ensuite refroidi par un refroidisseur d'air d'admission 29 puis est injecte sous pression dans le repartiteur d'air 21. De maniere connue en soi, les debits d'air frais et de gaz brules entrant et sortant des chambres de combustion 11 sont regules par des soupapes d'admission et d'echappement. Ici, le moteur a combustion interne 10 comprend une soupape d'admission et une soupape d'echappement par cylindre 12 disposees respectivement dans le canal d'admission 21A dudit cylindre et dans son canal d'echappement 31A. L'ouverture des soupapes d'admission permet d'injecter de ['air frais dans les cylindres 12 et I'ouverture des soupapes d'echappement permet d'evacuer vers la ligne d'echappement 30 les gaz brutes issus de la combustion de fair frais et du carburant et contenus dans Ies cylindres 12. En variante, le moteur a combustion interne 10 peut etre pourvu de deux soupapes d'admission et de deux soupapes d'echappement par cylindre. Dans cette variante, le repartiteur d'air est lie a chacune des chambres de combustion par quatre canaux d'admission qui se divisent chacun a leur extremite en deux conduites distinctes afin de deboucher sur les deux soupapes d'admission de chaque cylindre. Le collecteur d'echappement est quanta Iui retie a chacune des chambres de combustion par huit canaux d'echappement qui prennent naissance au niveau de chacune des soupapes d'echappement et qui se joignent deux a deux avant de deboucher dans le collecteur d'echappement. Quoi qu'il en soit et avantageusement, comme le montre plus particulierement la figure 1, le moteur a combustion interne 10 comprend egalement une ligne de soufflage 22 d'air souffle adaptee a injecter de fair souffle comprime dans les cylindres 12 du moteur. Cette ligne de soufflage 22 prend naissance dans la ligne &admission 20 en aval du compresseur 40B du turbocompresseur 40 et s'etend jusque dans chacune des chambres de combustion 11. Elie comprend pour cela un repartiteur d'air secondaire 26 debouchant dans quatre canaux de soufflage 26A qui debouchent chacun directement dans un des cylindres 12 du moteur a combustion interne 10. Cette ligne de soufflage 22 comprend en outre des moyens de compression 23, 24 qui compriment une seconde fois ('air souffle, issu de la ligne &admission 20 en aval du compresseur 40B. Ces moyens de compression comportent ici un compresseur auxiliaire 23, independant du turbocompresseur 40, qui comporte un arbre muni de pales dont la rotation a pour effet de comprimer fair souffle. Cet arbre est entraine en rotation par un moteur electrique 24 alimente en electricite par un etage de puissance ad hoc. En variante, on pourrait prevoir que le compresseur auxiliaire 23 soit entraine en rotation par le vilebrequin du moteur a combustion interne 10. Pour cela, ce vilebrequin est lie a ('arbre du compresseur auxiliaire 23 au moyen d'une courroie, d'une chaine d'entrainement ou encore d'engrenages munis de moyens de debrayage. Quoiqu'il en soit, ('air souffle deux fois comprime atteint, en sortie du compresseur auxiliaire 23, une pression de 6 a 10 bars, c'est-a-dire une pression superieure a la pression maximale pouvant regner dans la chambre de combustion 11 apres I'ouverture des soupapes d'echappement. La ligne de soufflage 22 comprend par ailleurs un refroidisseur d'air secondaire 28, dispose en aval du compresseur auxiliaire 23, et des moyens de regulation 27 du debit d'air souffle, disposes dans chacun des canaux de soufflage 26A. Ces moyens de regulation comprennent, de maniere connue, des clapets a commande electromagnetique 27 adaptes a laisser passer fair frais dans les cylindres 12 du moteur a combustion interne 10 Iorsqu'ils sont commandos par un calculateur du moteur a combustion interne 10. En fonctionnement, I'air frais est preleve dans ('atmosphere par la ligne d'admission 20 puis compresse dans le compresseur 40B du turbocompresseur 40 du moteur a combustion interne 10. Une partie de I'air frais preleve et compresse suit la ligne d'admission 20 et debouche dans le repartiteur d'air 21. Une autre partie de cet air frais, ('air souffle, est captee par la ligne de soufflage 22 et est compressee une seconde fois par le compresseur auxiliaire 23. Cet air souffle, dont la temperature a augmente du fait des deux compressions successives qu'il a subi, est ensuite refroidi au moyen du refroidisseur d'air secondaire 28. Comm. e le montre plus particulierement la figure 2, de maniere connue, le moteur a combustion interne 10 comprend quatre phases de fonctionnement distinctes pendant lesquelles les debits d'air frais et de gaz brules sont regules par les soupapes d'admission et d'echappement. Ces quatre phases sont communement appelees phase d'admission, phase de compression, phase d'explosion et enfin phase d'echappement. Lors d'une premiere phase, la phase d'admission, les soupapes d'admission s'ouvrent et les pistons descendent dans leur cylindre. Lors de cette phase, comme le montre la figure 2, le vilebrequin presente une position angulaire comprise en 360 et 540 degres. On remarque qu'ici, comme le montre la courbe Cl de la figure 2, Ies soupapes d'admissions commencent a s'ouvrir et finissent de se fermer avant et apres la phase d'admission afin d'ameliorer les performances du moteur. Lair frais contenu dans le repartiteur d'air 21 s'engouffre alors dans chacun des cylindres 12 du moteur. Comme le montre la courbe C3 de la figure 2, de maniere a alimenter plus efficacement en air frais les chambres de combustion 11, on peut prevoir que le clapet a commande electromagnetique 27 s'ouvre egalement pendant le debut de la phase d'admission (par exemple lorsque le vilebrequin presente une position angulaire comprise entre 360 et 460 degres) afin d'injecter de I'air souffle a haute pression dans les chambres de combustion 11. Cette injection permet ainsi de souffler plus de comburant (('air frais et ('air souffle) dans les cylindres 12 afin d'augmenter les performances du moteur a combustion interne 10. Dans ce cas, les moyens d'injection de carburant du moteur a combustion interne 10 injectent dans les chambres de combustion 11 un volume de carburant stoechiometrique par rapport au volume total d'air provenant de la ligne d'admission 20 et de la ligne de soufflage 22. Lors d'une deuxieme phase, la phase de compression, alors que I'ensemble des soupapes sont fermees, les pistons remontent dans les cylindres 12 du moteur a combustion interne 10 et compressent le melange d'air frais, d'air souffle et de carburant contenu dans ces cylindres 12. Lors de cette phase, comme le montre la figure 2, le vilebrequin presente une position angulaire comprise en 540 et 720 degres et ('ensemble des soupapes est ferme. Lors d'une troisieme phase, la phase d'explosion, alors que ('ensemble des soupapes reste ferme, le melange d'air frais, d'air souffle et de carburant s'enflamme ce qui provoque la descente des pistons dans les cylindres 12 du moteur 10. Lors de cette phase, comme le montre la figure 2, le vilebrequin presente une position angulaire comprise entre 0 et 180 degres. Lors d'une quatrieme et derniere phase, la phase d'echappement, les soupapes d'echappement s'ouvrent et les pistons remontent dans leur cylindre afin d'evacuer les gaz brules contenus dans les chambres de combustion 11. Lors de cette phase, comme le montre la figure 2, le vilebrequin presente une position angulaire comprise en 180 et 360 degres. On remarque qu'ici, comme le montre la courbe C2 de la figure 2, les soupapes d'echappement commencent a s'ouvrir et finissent de se termer avant et apres la phase d'echappement afin d'ameliorer les performances du moteur. Les gaz brules contenus dans les cylindres 12 s'engouffrent alors dans le collecteur d'echappement 31. Entre la quatrieme et la premiere phase, it subsiste, lorsque le piston est en position haute, un volume mort dans lequel stagnent des gaz brules residuels. Avantageusement, comme le montre la courbe C3 de la figure 2, de maniere a chasser totalement ces gaz brules residuels, on prevoit que les clapets a commande electromagnetique 27 s'ouvrent pendant toute la dui-6e de la phase d'echappement afin d'injecter de I'air souffle a haute pression dans les chambres de combustion 11. Par ailleurs, avantageusement, cet air souffle s'engouffre egalement dans les canaux d'echappement 31A reliant les chambres de combustion 11 et le collecteur d'echappement 31. Lair souffle, qui a ete au prealable refroidi par le refroidisseur d'air secondaire 28, se mete alors aux gaz brules et abaisse la temperature de ('ensemble des gaz contenus dans la ligne d'echappement 30. Cette diminution de temperature permet ainsi aux materiaux composant cette ligne de ne pas monter excessivement en temperature si bien qu'elle est moins sujette a I'oxydation par des particules oxydantes contenues dans la ligne d'echappement 30. Selon une variante de realisation du moteur a combustion interne 10 representee sur la figure 3, la ligne de soufflage 22, qui prend egalement naissance dans la ligne d'admission, comporte quatre canaux de soufflage 26A qui debouchent dans les canaux d'admission 21A Iiant le repartiteur d'air 21 aux chambres de combustion 11. Alternativement, lorsque le moteur a combustion interne 10 comprend seize soupapes, la ligne de soufflage debouche soit dans ['ensemble des conduites liant chaque canal d'admission a une des soupapes, soit indifferemment dans une conduite par cylindre, soit encore en amont de ces conduites dans la partie commune des canaux d'admission. Ici, les moyens de regulation comprennent quatre clapets anti-retour 27 disposes chacun dans une canal de soufflage 26A. Lorsque le moteur a combustion interne 10 fonctionne, les phases d'admission de compression et d'echappement sont identiques a celles precedemment decrites. En revanche, tors de la quatrieme phase, la phase d'echappement, ('air souffle n'est injecte dans les canaux d'admission 21A que lorsque les soupapes d'admission et d'echappement sont ouvertes ensemble. On a vu en effet que, d'un cote, les soupapes d'admission s'ouvrent avant que ne debute la descente des pistons dans les cylindres 12, et que, de I'autre, les soupapes d'echappement se ferment apres la fin de la remontee des pistons dans les cylindres 12. On comprend donc que, comme le montre la figure 2, it existe un court moment pendant lequel ('ensemble des soupapes d'admission et d'echappement sont ouvertes. On parle alors de phase de croisement. Les moyens de regulation 27 s'ouvrent donc pendant cette phase de croisement si bien que, d'une part, les gaz brutes contenus dans la chambre de combustion 11 sont totalement evacues, et que, d'autre part, ('ensemble des gaz compris dans la ligne d'echappement 30 sont refroidis par cet air souffle. En variante, on peut prevoir que les moyens de regulation 27 restent 5 fermes et les moyens de compression 23, 24 debrayes Iorsque le moteur a combustion interne 10 est faiblement sollicite a faible charge. La presente invention n'est nullement limitee aux modes de realisation decrits et representes, mais I'homme du metier saura y apporter toute variante conforme a son esprit. REVENDICATIONS 1. Moteur a combustion interne (10) comprenant une ligne d'admission (20) d'air frais et une ligne d'echappement (30) de gaz brules qui debouchent dans les cylindres (12) d'une chambre de combustion (11) ainsi qu'une ligne de soufflage (22) d'air souffle pourvue de moyens de compression (23, 24) et de moyens de regulation (27) du debit d'air souffle, caracterise en ce que la ligne de soufflage (22) debouche directement ou indirectement dans les cylindres (12), en amont de leur raccordement avec la ligne d'echappement (30), pour injecter dans lesdits cylindres (12) de fair souffle comprime. 2. Moteur a combustion interne (10) selon la revendication 1, caracterise en ce que le debit d'air souffle comprime equivaut a au moins 10% du debit de gaz brules. 3. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 et 2, caracterise en ce que la ligne de soufflage (22) comporte un refroidisseur d'air secondaire (28) dispose en aval des moyens de compression (23, 24). 4. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 3, caracterise en ce que les moyens de compression comprennent un compresseur auxiliaire (23) et des moyens d'entrainement (24) du compresseur auxiliaire (23). 5. Moteur a combustion interne (10) selon la revendication 4, caracterise en ce que les moyens d'entrainement du compresseur auxiliaire (23) comprennent un moteur electrique (24). 6. Moteur a combustion interne (10) selon la revendication 4 comprenant un vilebrequin, caracterise en ce que les moyens d'entrainement du compresseur auxiliaire (23) comprennent !edit vilebrequin, des moyens de liaison du vilebrequin au compresseur auxiliaire (23) et des moyens de debrayage du vilebrequin avec le compresseur auxiliaire (23). 7. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 6, caracterise en ce que les moyens de compression (23, 24) sont adaptes a compresser fair souffle circulant dans la ligne de soufflage (22) a une pression superieure a la pression maximum regnant dans la chambre de combustion (11). 8. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 7, caracterise en ce que les moyens de regulation comprennent un clapet anti-retour (27). 9. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 7, caracterise en ce que les moyens de regulation comprennent un clapet a commande electromagnetique (27). 10. Moteur a combustion interne (10) selon I'une des revendications 1 a 9, dans lequel la ligne d'admission (20) se separe en canaux d'admission (21A) debouchant dans les cylindres (12) de la chambre de combustion (11), caracterise en ce que la ligne de soufflage (22) se separe en au moins autant de canaux de soufflage (26A) que la chambre de combustion (11) comprend de cylindres (12), ces canaux de soufflage (26A) debouchant chacun dans un desdits canaux d'admission (21A). 11. Moteur a combustion interne (10) selon la revendication 10, comprenant des soupapes d'admissions et d'echappement permettant de reguler les debits de gaz brules et d'air frais entrant ou sortant de la chambre de combustion (11), caracterise en ce que les moyens de regulation (23, 24) sont adaptes a injecter fair souffle dans la ligne d'admission (20) lorsque les soupapes d'admission et d'echappement sont ouvertes ensemble. 12. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 9, caracterise en ce que la ligne de soufflage (22) se separe en autant de canaux de soufflage (26A) que la chambre de combustion (11) comprend de cylindres (12), ces canaux de soufflage (26A) debouchant chacun directement dans un cylindre (12) de la chambre de combustion (11). 13. Moteur a combustion interne (10) selon la revendication 12, comprenant des soupapes d'admissions et d'echappement permettant de reguler les debits de gaz brules et d'air frais entrant ou sortant des cylindres de la chambre de combustion (11), caracterise en ce que les moyens de regulation (23, 24) sont adaptes a injecter fair souffle dans la ligne d'admission (20) lorsque les soupapes d'echappement sont ouvertes. 14. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 10 a 13, comprenant des soupapes d'admissions et d'echappement permettant de reguler les debits de gaz brules et d'air frais entrant ou sortant de la chambre de combustion (11), caracterise en ce que les moyens de regulation (23, 24) sont adaptes a injecter I'air souffle dans la ligne d'admission (20) lorsque les soupapes d'admission sont ouvertes. 15. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 14, dans Iequel la ligne d'admission (20) comporte un compresseur (40B), caracterise en ce que la ligne de soufflage (22) prend naissance dans la ligne d'admission (20) en aval du compresseur (40B). 16. Moteur a combustion interne (10) selon rune des revendications 1 a 15, comprenant des moyens d'injection de carburant dans la chambre de combustion (11), caracterise en ce que lesdits moyens d'injection injectent dans la chambre de combustion (11) un volume de carburant stoechiometrique par rapport au volume total d'air provenant de la ligne d'admission (20) et de la ligne de soufflage (22).10