Brevet FR2919668A1 — publié le 20090206

"Moteur thermique comportant un dispositif d'injection d'air par l'échappement" L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile comportant au moins une chambre de combustion, qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant débouchant directement dans la chambre de combustion, qui est dotée d'un dispositif io d'allumage commandé susceptible de permettre le fonctionnement du moteur selon un mode d'allumage commandé, qui est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit d'admission d'air débouchant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un siège d'une soupape d'admission commandée, et qui est 15 susceptible d'évacuer des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'au moins une soupape d'échappement commandée dont un siège communique avec un conduit d'échappement, ledit moteur comportant par ailleurs un dispositif d'injection d'air dans la chambre de combustion. 20 On connaît de nombreux exemples de moteurs de ce type. L'injection d'air dans les chambres de combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile présente de nombreux avantages et peut être utilisé à de nombreuses fins. Le document FR-A1-2.696.504 décrit par exemple un 25 dispositif permettant d'injecter de l'air dans la chambre de combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile par l'intermédiaire d'un dispositif d'injection agencé à proximité d'une soupape d'échappement du moteur, dans le but de provoquer une post-combustion des gaz d'échappement afin d'en limiter la teneur 30 en monoxyde de carbone CO et en hydrocarbures HC imbrûlés. Un dispositif semblable peut être utilisé pour favoriser l'amorçage d'un pot catalytique agencé en aval dans la tubulure 2 d'échappement, ou pour améliorer la qualité du mélange carburé admis dans la chambre de combustion. Par ailleurs, les récents développements des moteurs thermiques en terme de commande de soupapes permettent de bénéficier de moteurs à soupapes commandées, dit moteurs "camless" pour lesquels il est possible d'envisager de nouveaux modes de fonctionnement. En effet, dans un moteur dit "camless" fonctionnant la plupart du temps selon un mode d'allumage commandé, il est io dorénavant possible d'envisager aussi un mode de fonctionnement selon un allumage par compression. Or, un problème se pose dans certaines conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, à faible régime et à charge réduite, 15 l'allumage par compression du mélange carburé est actuellement limité par la faible température des gaz brûlés encore enfermés dans la chambre de combustion. Or, bien que les systèmes de levée et de phasage variable des soupapes permettent de modifier la quantité d'air introduite ainsi que la quantité de gaz 20 brûlés piégés dans la chambre de combustion, ces quantités demeurent insuffisantes, de sorte qu'il n'est actuellement pas possible d'obtenir un auto-allumage du mélange d'air et de carburant pour des faibles régimes et des charges réduites du moteur thermique. 25 D'une manière similaire, à fort régime et à charge élevée, la capacité d'auto inflammation du mélange carburé est limitée par le remplissage de la chambre de combustion, qui est limité par les très faibles durée et levée d'ouverture des soupapes. L'invention propose de remédier à cet inconvénient en 30 utilisant les bénéfices d'un dispositif d'injection d'air pour ces conditions particulières de fonctionnement du moteur. 15 3 Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dispositif d'injection d'air comporte : - un moyen d'injection d'air sous pression dans le conduit 5 d'échappement, - un moyen de commande du moyen d'injection d'air qui est susceptible de commander : • l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, lors d'une ouverture de la soupape d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre de combustion, ou, de surcroît • une ouverture supplémentaire de la soupape d'échappement lors d'une phase d'admission de la chambre de combustion, • l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, lors de ladite phase d'admission. 20 pour permettre le fonctionnement du moteur selon un mode d'auto-allumage par compression. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le moyen d'injection d'air débite de l'air soumis à une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression 25 de gaz d'échappement régnant dans la chambre de combustion, - le moyen de commande du moyen d'injection d'air détermine son fonctionnement notamment à faible régime et à charge réduite du moteur, et à haut régime et charge élevée du moteur, 30 - lorsque le moteur fonctionne à faible régime et à charge réduite, le moyen de commande du dispositif d'injection détermine le fonctionnement du moyen d'injection d'air sous pression seulement en phase d'échappement, 4 - lorsque le moteur fonctionne à haut régime et à charge élevée, le moyen de commande du dispositif d'injection détermine le fonctionnement du moyen d'injection d'air sous pression en phase d'échappement et en phase d'admission, - le moteur comporte au moins un compresseur d'air qui est interposé dans le conduit d'admission, et le moyen d'injection d'air est alimenté en air sous pression par l'intermédiaire d'un conduit de dérivation qui est raccordé au conduit d'admission en aval du compresseur, io - le moyen de commande du dispositif d'injection comporte au moins une vanne qui est susceptible d'obturer sélectivement le conduit de dérivation en amont du moyen d'injection d'air, - le compresseur d'air est un compresseur mécanique entraîné électriquement ou bien par un organe du moteur, 15 - le moteur comporte au moins un premier turbo-compresseur dont une turbine est interposée dans le conduit d'échappement et dont le compresseur est interposé dans le conduit d'admission en amont du conduit de dérivation, -le moteur comporte un second turbocompresseur dont 20 une turbine est interposée dans le conduit d'échappement en amont de la turbine du premier turbocompresseur et dont le compresseur est interposé dans le conduit d'admission en aval du conduit de dérivation, pour alimenter le moteur hors des faibles régimes et charges réduites du moteur/hauts régimes et charges 25 élevées du moteur, - le dispositif d'injection d'air sous pression comporte de surcroît un moyen d'injection de carburant synchronisé avec le moyen d'injection d'air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention, 5 - la figure 3 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. io On a représenté sur les figures 1 à 3 un moteur thermique de véhicule automobile réalisé conformément à l'invention. De manière connue, le moteur thermique 10 comporte au moins une chambre de combustion 12 qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant 14 débouchant directement dans la chambre de combustion 12 et qui est doté d'un dispositif d'allumage commandé, notamment une bougie 16, qui est susceptible de permettre le fonctionnement du moteur 10 selon un mode d'allumage commandé. La chambre de combustion 12 est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit 18 d'admission d'air débouchant dans la chambre de combustion 12 par l'intermédiaire d'un siège 20 d'une soupape 22 d'admission commandée. La chambre de combustion 12 est susceptible d'évacuer des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'au moins une soupape 24 d'échappement commandée dont un siège 26 communique avec un conduit d'échappement 28. Par soupape commandée, on entendra que les soupapes 22, 24 sont des soupapes dont les levées peuvent être commandées à volonté par une électronique appropriée, par exemple des soupapes à commande électromagnétique. Un moteur 10 équipé de telles soupapes est dit moteur "camless". 6 Par ailleurs, le moteur thermique 10 comporte de manière connue un dispositif 30 d'injection d'air dans la chambre de combustion. Conformément à l'invention, le dispositif 30 d'injection d'air est plus particulièrement destiné à permettre le fonctionnement du moteur 10 selon un mode d'auto-allumage par compression. A cet effet, comme l'illustrent les figures 1 à 3, le dispositif 30 d'injection d'air comporte un moyen 32 d'injection d'air sous pression dans le conduit et 28 d'échappement. Ce moyen 32 io d'injection d'air sous pression est par exemple constitué par un injecteur 32 qui est agencé dans le conduit d'échappement 28 à proximité du siège 26 de la soupape d'échappement 24. Par ailleurs, le dispositif 30 d'injection d'air comporte un moyen 34 de commande du moyen 32 d'injection d'air qui est 15 susceptible de commander son activation selon différentes configurations. Ainsi, le moyen 34 de commande du dispositif 30 d'injection d'air est susceptible de commander l'injection d'air sous pression par le moyen 32 d'injection d'air dans la chambre 20 de combustion au travers du siège 26 de la soupape 24 d'échappement au cours d'une phase d'échappement de la chambre de combustion 12. Le moyen 34 de commande du dispositif 32 d'injection d'air est également susceptible de commander de surcroît simulta- 25 nément une ouverture supplémentaire de la soupape 24 échappement lors d'une phase d'admission de la chambre de combustion 12, et simultanément l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion 12 par le moyen 32 d'injection d'air au travers du siège 26 de la soupape 24 lors de ladite phase 30 d'admission. Avantageusement, le moyen 32 d'injection d'air étant destiné à injecter de l'air dans la chambre de combustion 12 au moins au cours d'une phase d'échappement dans la chambre de 7 combustion 12, il sera compris que ledit moyen 32 d'injection d'air débite de l'air soumis à une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression des gaz d'échappement régnant dans la chambre de combustion. Dans cette configuration, le moyen 32 d'injection d'air est susceptible d'injecter de l'air sous pression à l'encontre de la pression élevée des gaz d'échappement. Plus particulièrement, le moyen 34 de commande du moyen 32 d'injection d'air détermine son fonctionnement selon io deux configurations particulières, à savoir d'une part à faible régime et à charge réduite du moteur, et d'autre part à haut régime et à charge élevée du moteur. Ainsi, lorsque le moteur 10 fonctionne à faible régime et à charge réduite, le moyen 34 de commande du dispositif 30 15 d'injection d'air détermine le fonctionnement du moyen 32 d'injection d'air sous pression seulement en phase d'échappement de la chambre de combustion. Cette configuration permet de modifier sensiblement l'apport thermique fourni à la chambre de combustion et permet 20 donc plus facilement une auto-inflammation du mélange carburé qui y est introduit, pour permettre de fonctionnement du moteur selon un mode d'allumage par compression. D'une manière analogue, lorsque le moteur 10 fonctionne à haut régime et à charge élevée, le moyen 34 de commande du 25 dispositif 30 d'injection d'air détermine le fonctionnement du moyen 32 d'injection d'air sous pression en phase d'échappement, profitant alors de l'ouverture normale de la soupape 24 d'échappement, mais aussi en phase d'admission en provoquant une ouverture supplémentaire de la soupape 24 d'échappement, 30 conjointement à l'ouverture de la soupape 22 d'admission. Cette configuration permet de remédier au déficit d'admission d'air pénétrant dans la chambre 12 de combustion du fait de la durée réduite de levée de la soupape d'admission 22, 8 pour permettre de fonctionnement du moteur selon le mode d'allumage par compression. Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés pour la mise en oeuvre du dispositif 30 d'injection d'air. Comme l'illustre la figure 1, le dispositif 30 d'injection d'air peut comporter un compresseur 36 qui est interposé dans le conduit d'admission 18, et le moyen 32 d'injection d'air est alimenté en air sous pression par l'intermédiaire d'un conduit 38 de dérivation qui est raccordé au conduit d'admission 18 en aval io du compresseur 36. Dans cette configuration, le moyen 34 de commande du dispositif d'injection d'air est constitué d'une vanne 34 qui est susceptible d'obturer sélectivement le conduit 38 de dérivation en amont du moyen 32 d'injection d'air. Le compresseur d'air 36 est notamment un compresseur 15 mécanique, entraîné électriquement ou bien entraîné mécanique-ment par un organe mécanique du véhicule, comme c'est le cas par exemple pour un compresseur à lobes de type "roots". En variante, comme l'illustre la figure 2, le moteur 10 peut comporter au moins un premier turbocompresseur 40 dont une 20 turbine 42 est interposée dans le conduit d'échappement 28, et dont le compresseur 36 est interposé dans le conduit d'admission 18 en amont du conduit 38 de dérivation. Cette variante peut être améliorée lorsque l'on souhaite obtenir un rendement maximum du moteur 10 en dehors des 25 configurations précitées de faible régime et charge réduite d'une part, et de haut régime et charge élevée d'autre part. Ainsi, comme l'illustre la figure 3, le moteur 10 peut comporter un second turbocompresseur 44 dont une turbine 46 est interposée dans le conduit d'échappement 28 en amont de la 30 turbine 42 du premier turbocompresseur 40, et dont le compresseur 48 est interposé dans le conduit d'admission 18 en aval du conduit 38 de dérivation, pour alimenter le moteur en dehors des configurations précitées. 9 Enfin, il sera compris que le dispositif 32 d'injection d'air peut comporter de surcroît un moyen (non représenté) d'injection de carburant qui est synchronisé avec le moyen 32 d'injection d'air pour permettre un remplissage optimal de la chambre 12 de combustion en mélange carburé. L'invention permet donc de proposer un moteur 10 fonctionnant selon un mode de fonctionnement à allumage commandé ou selon le mode de fonctionnement à allumage par compression. i0 25 30 REVENDICATIONS 1. Moteur (10) thermique de véhicule automobile comportant au moins une chambre (12) de combustion, qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur (14) de carburant débouchant directement dans la chambre (12) de combustion, qui est dotée d'un dispositif (16) d'allumage commandé susceptible de permettre le fonctionnement du moteur (10) selon un mode d'allumage commandé, qui est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit (18) d'admission d'air io débouchant dans la chambre (12) de combustion par l'intermédiaire d'un siège (20) d'une soupape (22) d'admission commandée, et qui est susceptible d'évacuer des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'au moins une soupape (24) d'échappement commandée dont un siège (26) communique avec 15 un conduit (28) d'échappement, ledit moteur (10) comportant par ailleurs un dispositif (30) d'injection d'air dans la chambre (12) de combustion, caractérisé en ce que le dispositif (30) d'injection d'air comporte : - un moyen (32) d'injection d'air sous pression dans le 20 conduit (28) d'échappement, - un moyen de commande (34) du moyen (32) d'injection d'air qui est susceptible de commander : • l'injection d'air sous pression dans la chambre (12) de combustion au travers du siège (26) de la soupape (24) d'échappement, lors d'une ouverture de la soupape (24) d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre (12) de combustion, ou, de surcroît • une ouverture supplémentaire de la soupape (24) d'échappement lors d'une phase d'admission de la chambre (12) de combustion, 2919668 Il • l'injection d'air sous pression dans la chambre (12) de combustion au travers du siège (26) de la soupape (24) d'échappement, lors de ladite phase d'admission. 5 pour permettre le fonctionnement du moteur (10) selon un mode d'auto-allumage par compression. 2. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen (34) d'injection d'air débite de l'air soumis à une pression d'injection déterminée qui io est supérieure à une pression de gaz d'échappement régnant dans la chambre (12) de combustion. 3. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen (34) de commande du moyen (32) d'injection d'air détermine son fonctionnement 15 notamment à faible régime et à charge réduite du moteur, et à haut régime et charge élevée du moteur. 4. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lorsque le moteur (10) fonctionne à faible régime et à charge réduite, le moyen (34) de 20 commande du dispositif (30) d'injection détermine le fonctionnement du moyen (32) d'injection d'air sous pression seulement en phase d'échappement. 5. Moteur thermique (10) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que, lorsque le moteur (10) fonctionne à 25 haut régime et à charge élevée, le moyen (34) de commande du dispositif (30) d'injection détermine le fonctionnement du moyen (32) d'injection d'air sous pression en phase d'échappement et en phase d'admission. 6. Moteur thermique (10) selon la revendication 30 précédente, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un compresseur d'air (36) qui est interposé dans le conduit (18) d'admission, et en ce que le moyen (32) d'injection d'air est alimenté en air sous pression par l'intermédiaire d'un conduit (38) 12 de dérivation qui est raccordé au conduit (18) d'admission en aval du compresseur (36). 7. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen (34) de commande du dispositif d'injection comporte au moins une vanne (34) qui est susceptible d'obturer sélectivement le conduit (38) de dérivation en amont du moyen (32) d'injection d'air. 8. Moteur thermique (10) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le compresseur d'air (36) est un compresseur mécanique entraîné électriquement ou bien par un organe du moteur (10). 9. Moteur thermique (10) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier turbocompresseur (40) dont une turbine (42) est interposée dans le conduit d'échappement (28) et dont le compresseur (36) est interposé dans le conduit d'admission (18) en amont du conduit (38) de dérivation. 10. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un second turbocompresseur (44) dont une turbine (46) est interposée dans le conduit d'échappement (28) en amont de la turbine (42) du premier turbocompresseur (40) et dont le compresseur (48) est interposé dans le conduit (18) d'admission en aval du conduit de dérivation (38), pour alimenter le moteur hors des faible régimes et charges réduites du moteur/hauts régimes et charges élevées du moteur. 11. Moteur thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (30) d'injection d'air sous pression comporte de surcroît un moyen d'injection de carburant synchronisé avec le moyen (32) d'injection d'air.