Brevet FR2902461A1 — publié le 20071221

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION INDIRECTE D'ESSENCE [0001] La présente invention concerne un moteur à combustion interne à injection indirecte d'essence. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des moteurs à essence fortement suralimentés, c'est-à-dire les moteurs ayant une Pression Moyenne Effective (PME) supérieure à 15 bars. [0003] L'invention peut s'appliquer indifféremment aux moteurs à injection indirecte d'essence à deux ou quatre temps. [0004] En réponse à la réduction des émissions globales de CO2 recherchée aujourd'hui, la suralimentation apparaît comme un bon moyen pour limiter la io consommation des moteurs à essence. [0005] Cependant, la difficulté avec ce type de moteurs est d'obtenir des prestations à pleine charge équivalentes à celles des moteurs plus gros qu'ils sont censés remplacer. Ainsi, une attention particulière est portée aux bas régimes afin d'améliorer l'agrément conducteur en limitant le temps de 15 réponse du turbocompresseur, en supprimant l'accélération en deux temps pendant les phases transitoires, et en augmentant le couple à très bas régimes pour améliorer la robustesse des décollages des véhicules lourds. [0006] Les moteurs à injection directe sont capables de répondre à ces attentes, mais le coût du système d'injection est élevé. L'idée est alors de 20 parvenir à ce niveau de prestations avec un mode d'injection indirecte classique, moins onéreux. [0007] Dans ce contexte, afin d'inhiber le phénomène de cliquetis dans un moteur à essence, c'est-àdire une auto-inflammation non désirée de la charge dans la chambre de combustion du moteur, il est connu de chasser de ladite chambre de combustion les produits résiduels de la combustion précédente. [0008] Dans le cas d'un moteur à injection directe, cette opération est réalisée sans difficulté par de l'air frais admis à circuler dans la chambre de combustion. [0009] Dans le cas d'un moteur à injection indirecte conventionnel dans lequel les moyens de pompage fournissent aux moyens d'injection la quantité io d'essence nécessaire sous une pression d'injection de l'ordre de 3,5 bars, les durées d'injection de l'essence dans le conduit d'admission sont très longues et correspondent sensiblement à la durée totale du cycle moteur de sorte que le balayage de la chambre de combustion est effectuée par un mélange carburé formé dans le conduit d'admission avant l'ouverture des soupapes 15 d'admission. Aussi, le carburant se retrouve après balayage directement dans le système de catalyse où il peut être amené à brûler. [0010] On comprend qu'afin d'assurer un balayage qui ne soit pas critique pour le système de catalyse, il est impératif de limiter notablement les émissions d'hydrocarbures en sortie de la chambre de combustion. 20 [0011] Une solution est fournie par la demande de brevet européen n 1 464 803 qui propose d'augmenter considérablement la pression d'injection de manière à limiter la durée de la phase d'injection, et donc de n'injecter le carburant qu'en dehors de la phase de balayage, les soupapes d'admission étant ouvertes. Plus précisément, une première partie du balayage est 25 effectuée par de l'air pur, ce qui réduit notablement l'envoi d'essence directement à l'échappement et donc au système de catalyse. Le carburant est ensuite admis dans la chambre de combustion lorsque la soupape d'admission est encore ouverte. [0012] Cependant, ce procédé de balayage connu ne répond que partiellement au problème posé car une partie de l'essence injectée reste susceptible de traverser la chambre de combustion, et on observera d'autre part que les pressions d'injection sont très élevées, de l'ordre de 250 à 500 bars. [0013] Aussi, le but de la présente invention est de proposer un moteur à combustion interne à injection indirecte d'essence, comprenant une chambre de combustion, au moins un conduit d'admission débouchant dans ladite chambre de combustion, des moyens d'injection d'essence dans ledit conduit d'admission, des moyens de pompage aptes à fournir auxdits moyens io d'injection de l'essence sous pression, et au moins une soupape d'échappement apte à obturer la chambre de combustion, qui permettrait, notamment pour les bas régimes moteur, d'obtenir un balayage limitant au maximum l'injection d'essence dans le système de catalyse. [0014] Ce but est atteint, selon la présente invention, du fait que lesdits 15 moyens de pompage sont aptes à fournir auxdits moyens d'injection la quantité totale d'essence d'un cycle de combustion de manière à injecter l'essence dans le conduit d'admission dans un intervalle de temps consécutif à la fermeture de ladite soupape d'échappement. [0015] Ainsi, compte tenu d'une demande en carburant limitée, il est possible 20 d'ajuster l'intervalle de temps pendant lequel l'essence est admise à un moment du cycle de combustion où la soupape d'échappement est fermée, ce qui interdit au final tout transfert d'essence direct au système de catalyse à travers la chambre de combustion. [0016] De plus, il est possible de prévoir une injection d'essence sous des 25 pressions intermédiaires. C'est ainsi que, selon une caractéristique de l'invention, ladite quantité totale d'essence est fournie par les moyens de pompage aux moyens d'injection sous une pression d'injection comprise entre 10 et 20 bars. [0017] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. [0018] La figure 1 représente une vue en coupe schématique d'un moteur à combustion interne conforme à l'invention. [0019] La figure 2 illustre le procédé selon l'invention, avec un balayage à l'air pur avant l'injection indirecte. [0020] La figure 3 représente un exemple de réalisation d'injection d'essence au cours d'un cycle de fonctionnement du moteur selon l'invention. io [0021] Le moteur représenté sur la figure 1 comporte un cylindre 1, une culasse 2 obturant le cylindre 1, un piston 3 monté coulissant dans le cylindre 1 et relié à un vilebrequin. [0022] Par souci de simplification, le vilebrequin et d'autres éléments non essentiels à la compréhension de l'invention n'ont pas été représentés. 15 [0023] Une chambre 4 de combustion est définie dans le cylindre 1 entre une face supérieure 30 du piston 3 et une face inférieure 20 de la culasse 2. [0024] Le moteur comprend également des moyens 5 d'injection d'essence constitués par un injecteur débouchant dans le conduit 9 d'admission. Des moyens d'allumage, tels qu'une bougie, sont destinés à produire de manière 20 classique une inflammation du mélange air-essence dans la chambre 4 de combustion. [0025] Des soupapes 7 d'admission et 6 d'échappement sont par ailleurs prévues pour obturer sélectivement des passages entre la chambre 4 de combustion et, respectivement, le conduit 9 d'admission et un conduit 10 25 d'échappement. [0026] Il est également prévu des moyens 8 de pompage, tels qu'une pompe à essence, pour fournir à l'injecteur 5 de l'essence sous pression. [0027] Selon l'invention, la pompe 8 à essence est apte à fournir à l'injecteur 5 la quantité totale d'essence d'un cycle de combustion de manière à injecter l'essence dans le conduit 9 d'admission dans un intervalle de temps consécutif à la fermeture de la soupape 6 d'échappement. [0028] Comme illustré figure 2, cette stratégie d'injection permet de libérer du temps au début du cycle moteur, en phase d'admission, afin d'assurer un balayage par de l'air pur des produits de combustion résiduels du cycle io précédent (figure 2 ). L'injection de carburant (figure 2b) est effectuée lorsque la phase de balayage est nulle ou très réduite de sorte que l'on évite que l'essence traverse la chambre 4 de combustion jusqu'à atteindre le conduit 10 d'échappement et, de là, le système de catalyse. [0029] Cette injection de durée réduite assure une meilleure atomisation du jet 15 d'essence qui permet, pour une performance donnée, de diminuer les émissions de particules et/ou fumées. [0030] La durée d'injection réduite peut être réalisée, selon l'invention, lorsque ladite quantité totale d'essence est fournie par les moyens 8 de pompage aux moyens 5 d'injection sous une pression d'injection comprise entre 10 et 20 20 bars. [0031] La pression d'injection requise est certes supérieure aux pressions pratiquées habituellement dans les moteurs à injection indirecte, mais elle reste cependant très inférieure à celles préconisées dans la demande de brevet européen 1 464 803 précitée. 25 [0032] La figure 3 représente un exemple de stratégie de commande des soupapes et d'injection selon l'invention. [0033] Les déplacements des soupapes d'échappement Se et d'admission Sa sont représentés sur un graphique ayant pour abscisse l'angle a vilebrequin en degrés et pour ordonnée la course C de la soupape correspondante en mm. Les deux courbes Se et Sa délimitent ainsi des périodes E d'échappement et A d'admission. [0034] Dans la partie supérieure du graphique est superposé le chronogramme symbolisant par un signal carré l'injection I du carburant au cours du cycle moteur concerné. Comme représenté, l'essence est injectée par l'injecteur 5 dans un intervalle de temps Ti consécutif à la fermeture de la soupape 6 io d'échappement. [0035] La durée Ti d'injection est déterminée par la quantité totale d'essence à injecter et par la pression d'injection imposée par la pompe 8 d'essence. Pour des régimes relativement bas, des pressions de 10 à 20 bars sont suffisantes pour injecter la quantité d'essence souhaitée, tout en restant à l'intérieur de la 15 période A d'admission. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à injection indirecte d'essence, comprenant une chambre (4) de combustion, au moins un conduit (9) d'admission débouchant dans ladite chambre de combustion, des moyens (5) d'injection d'essence dans ledit conduit d'admission, des moyens (8) de pompage aptes à fournir auxdits moyens d'injection de l'essence sous pression, et au moins une soupape (6) d'échappement apte à obturer la chambre (4) de combustion, caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de pompage sont aptes à fournir io auxdits moyens (5) d'injection la quantité totale d'essence d'un cycle de combustion de manière à injecter l'essence dans le conduit (9) d'admission dans un intervalle de temps consécutif à la fermeture de ladite soupape (6) d'échappement. 15 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite quantité totale d'essence est fournie par les moyens (8) de pompage aux moyens (5) d'injection sous une pression d'injection comprise entre 10 et 20 bars. 20