Brevet FR2914962A1 — publié le 20081017

L'invention concerne un procédé d'initiation de la combustion dans un moteur à combustion interne, ainsi qu'un moteur faisant application. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît diverses méthodes pour initier la combustion dans un moteur à combustion interne. Certains procédés classiques consistent à initier localement la combustion du mélange soit en y générant une étincelle (allumage commandé), soit en enrichissant localement le mélange pour provoquer l'autoinflammation du mélange. La combustion du reste du mélange est alors obtenue soit par propagation du front de flamme, soit par diffusion de flamme. Récemment, des efforts de développement se sont portés sur la combustion par auto-inflammation homogène, qui semble prometteuse tant en matière de rendement énergétique qu'en matière de préservation de l'environnement. Cependant, l'auto--inflammation homogène, si elle peut aujourd'hui être réalisée dans une plage étroite de fonctionnement du moteur, s'avère difficile à réaliser dans une plage étendue de fonctionnement. En effet, L'auto-inflammation homogène nécessite une gestion très délicate du démarrage et de la progression de la combustion. Les recherches se portent donc actuellement sur une gestion' très fine des conditions thermodynamiques du mélange (adaptation du carburant, température d'admission, gestion complexe de la reci:rculation des gaz d'échappement), voire sur l'introduction de technologies complexes comme le taux de compression ou la distribution variables. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un nouveau procédé d'initiation de la combustion, simple à mettre en oeuvre, et permettant d'obtenir une auto-inflammation homogène dans une plage étendue de fonctionnement du moteur. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon l'invention, on propose un procédé d'initiation de la combustion dans un moteur à combustion interne, comportant les étapes de compresser un mélange inflammable dans une chambre principale, selon lequel on introduit dans la chambre principale, pendant la compression du mélange, des gaz chauds ayant une température suffisante pour provoquer une combustion par auto-inflammation du mélange dans la chambre principale. Le brassage des gaz chauds avec le mélange provo-que un échauffement du mélange, qui atteint, en une pluralité de sites, sa température d'auto-inflammation. Le mélange s'auto-enflamme ainsi de manière homogène. Cette combustion peut être très simplement contrôlée en régu- lant la quantité et le moment d'introduction des gaz chauds dans la chambre principale. De préférence, les gaz chauds sont des gaz brûlés provenant d'une combustion d'un cycle précédent. Ils agissent comme mémoire des cycles successifs de combus- tion, comme espèces diluantes et induisent un impact positif sur les fluctuations cycles à cycles et sur la pollution. Ainsi, contrairement aux procédés connus dans lesquels des gaz brûlés sont expulsés de la chambre prin- cipale dans la tubulure d'échappement, puis reconduits vers la tubulure admission pour être mixés au mélange avant l'admission du mélange dans la chambre principale, le procédé de l'invention propose une introduction des gaz brûlés directement dans la chambre principale pour agir de façon maîtrisée sur l'instant d'initiation de la combustion, alors que le mélange y est déjà présent. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des des- sins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un moteur à pistons au niveau d'une chambre principale; - la figure 2 est un diagramme montrant, en fonction de l'angle de vilebrequin, les évolutions de la tem-pérature dans les différentes chambres du moteur illustré à la figure 1 ; - la figure 3 est un diagramme montrant, en fonction de l'angle de vilebrequin, les évolutions de la pression dans les différentes chambres du moteur illustré à la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le procédé de l'invention est de préférence mis en œuvre grâce à un moteur tel qu'illustré à la figure 1. Ce moteur comporte, de façon classique, un bloc moteur 1 dans lequel sont ménagés des cylindres 2 (un seul est visible ici), fermés en partie supérieure par une culasse 3. Dans chaque cylindre 2, un piston 4 cou-lisse à étanchéité. Une chambre principale 5 de volume variable est ainsi définie dans chaque cylindre 2 entre la culasse 3 et le piston 4. Une soupape d'échappement 7 est montée coulissante sur la culasse 3 pour être mobile entre une position fermée isolant la chambre principale 5 d'un conduit d'échappement 8 et une position ouverte mettant en commu- nication la chambre principale et le conduit d'échappement 8. De même, et bien que cela ne soit pas visible sur la figure 1, Une soupape d'admission est montée coulissante sur la culasse 3 pour être mobile entre une position fermée isolant la chambre principale 5 d'un conduit d'admission et une position ouverte mettant en communication la chambre principale 5 et le conduit d'admission. Tout ceci est bien connu et ne forme pas l'objet de l'invention. Selon l'invention, la culasse 3 définit une cham- bre auxiliaire 10 s'étendant à proximité immédiate de la chambre principale 5 pour déboucher dans cette dernière. La chambre auxiliaire est ici revêtue intérieurement d'un isolant thermique 12. Une soupape de contrôle 11 est montée coulissante sur la culasse 3 pour être mobile entre une position fermée isolant la chambre principale 5 de la chambre auxiliaire 10 et une position ouverte mettant en communication la chambre principale 5 avec la chambre auxiliaire 10. La soupape de contrôle 11 est ici action-née par un actionneur électromécanique 14. Une bougie de préchauffage 13 est montée sur la culasse 3 pour saillir dans la chambre auxiliaire 10. L'actionneur 14 de la sou-pape de contrôle 11 et la bougie de préchauffage 13 sont commandés par un calculateur 15. La mise en oeuvre du procédé de l'invention est maintenant détaillée en relation avec les figures 2 et 3. Sur ces figures, les courbes en traits pleins épais représentent respectivement la température et la pression dans la chambre principale 5 ; les courbes en traits pointillés épais représentent respectivement la tempéra- ture et la pression dans la chambre auxiliaire 10. Le cycle thermique utilisé est un cycle à quatre temps, à savoir admission, compression, détente, échappe-ment. Les angles de vilebrequin en abscisse sont comptés de façon classique, l'angle de 360 degrés correspondant au point mort haut entre la phase de compression et la phase de détente. Le cycle commence par une phase d'admission lors de laquelle on admet dans la chambre principale 5 un mélange d'air et de carburant. Puis lors de la phase de compression, la pression et la température dans la chambre principale 5 augmentent progressivement, comme illustré par le début des courbes en traits pleins. Des gaz chauds sont enfermés dans la chambre auxiliaire 10 par la soupape de contrôle 11 qui est main- tenue fermée. Sur le début des courbes en traits pointil- lés, on constate que la pression et la température des gaz chauds enfermés diminuent progressivement du fait des échanges de chaleur entre les gaz brûlés et la culasse. Cependant, l'isolant thermique 12 recouvrant la paroi de 5 la chambre auxiliaire 10 limite ces échanges de chaleur, et donc la diminution de la pression et de la température des gaz chauds enfermés dans la chambre auxiliaire. Vers 350 degrés de vilebrequin, la soupape de contrôle 11 est ouverte. Les gaz chauds contenus dans la chambre auxiliaire 10, qui sont à une pression plus importante que la pression régnant dans la chambre principale 5, s'échappent de la chambre auxiliaire 10 pour se répandre dans la chambre principale. Ce brassage provoque l'échauffement du mélange dans la chambre principale 5, comme cela est visible sur la courbe en traits pleins, puisque les gaz chauds sont à une température plus importante que celle du mélange. Vers 355 degrés de vilebrequin, le mélange est suffisamment réchauffé pour atteindre sa température d'auto- inflammation. Le mélange entre alors en combustion par autoinflammation. La multiplicité des sites d'autoinflammation générée par le brassage des gaz chauds avec le mélange assure une auto-inflammation homogène. L'auto-inflammation se traduit sur les courbes par la brusque montée de la température et de la pression, de concert dans la chambre principale 5 et dans la chambre auxiliaire 10. Puis le piston 4 passe le point mort haut et com- mence à redescendre. La soupape de contrôle 11 est refer- mée vers 370 degrés de vilebrequin. Une partie des gaz brûlés générés par l'auto-inflammation du mélange est ainsi enfermée dans la chambre auxiliaire 10 et formera les gaz chauds qui serviront à initier l'auto- inflammation du mélange au cycle suivant. L'autre partie des gaz brûlés, restée dans la chambre principale 5, subit une détente, sa température et sa pression chutant bien plus vite que celles de la partie des gaz brûlés restée enfermée dans la chambre auxiliaire 10. Au démarrage du moteur, lors des premiers cycles, l'auto-inflammation ne peut pas survenir puisque les gaz enfermés dans la chambre auxiliaire 10 ne sont pas assez chauds. Sur les figures 2 et 3, on a illustré en traits interrompus les évolutions de la pression et de la température dans la chambre principale 5 quand aucune auto- inflammation ne survient. Pour provoquer l'inflammation du mélange, on utilise la bougie de préchauffage 13. Lorsque le moteur a atteint un régime thermique de fonctionnement permettant de provoquer l'auto-inflammation du mélange par contact avec des gaz chauds relâchés de la chambre auxiliaire, la bougie de préchauffage est arrêtée. Les gaz chauds introduits dans la chambre principale contribuent donc à échauffer le mélange, qui atteint ainsi sa température d'auto-inflammation, mais ils contribuent également à diluer le mélange, permettant ainsi de contrôler la vitesse de combustion du mélange en introduisant des hétérogénéités locales qui évitent une combustion en masse. En outre, la dilution du mélange permet de dimi- puer la richesse de celui-ci, ce qui évite la génération d'oxydes d'azote lors de la combustion du mélange. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute va- riante entrant dans le cadre défini par les revendica- tions. En particulier, bien que l'on ait indiqué que l'on utilise comme gaz chauds des gaz brûlés provenant d'une combustion lors d'un cycle immédiatement antérieur, on pourra utiliser des gaz brûlés provenant d'une combus- tion lors d'un cycle plus ancien. On pourra également utiliser des gaz brûlés provenant d'un autre cylindre. On pourra également utiliser d'autres gaz chauds que des gaz brûlés, par exemple de l'air échauffé par effet joule, échange de chaleur avec les gaz brûlés, ou tout autre moyen. En outre, bien que l'on ait indiqué que le mélange était réalisé préalablement à L'admission, on pourra réaliser ce mélange directement dans la chambre en injectant le carburant dans la chambre principale lors de la phase de compression. Les angles de vilebrequin auxquels ont lieu l'ouverture et la fermeture de la soupape de contrôle sont ici donnés à titre indicatif. On aura bien sûr intérêt à les faire varier pour tenir compte notamment du ré- gime de rotation du moteur et du délai d'inflammation du mélange. On fera de préférence en sorte que le pic de pression intervienne alors que le piston est sensiblement au point mort haut, en jouant par exemple sur le moment et/ou la durée de l'ouverture de la soupape de contrôle. Enfin, bien que l'on ait mis en oeuvre le procédé de l'invention avec un moteur donc la culasse forme la chambre auxiliaire et porte une soupape de contrôle, on pourra mettre en oeuvre l'invention avec d'autres types de moteurs. Par exemple, la chambre dans laquelle les gaz chauds sont stockés peut être déportée, les gaz chauds étant introduits dans la chambre principale au moyen d'un injecteur. REVENDICATIONS 1. Procédé d'initiation de la combustion dans un moteur à combustion interne, comportant les étapes de compresser un mélange inflammable dans une chambre principale (5), caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'introduire dans la chambre principale (5), pendant la compression du mélange, des gaz chauds ayant une température suffisante pour provoquer une combustion par auto- inflammation du mélange dans la chambre principale (5). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les gaz chauds sont des gaz brûlés provenant d'une combustion ayant eu lieu lors d'un cycle antérieur. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel lesdits gaz brûlés sont générés lors d'une combustion d'un cycle immédiatement précédent et stockés à l'issue de cette combustion, pour être ensuite relâchés dans la chambre principale (5) lors de la compression. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on utilise une chambre auxiliaire (10) en communication avec la chambre principale (5) pour y recueillir et y en-fermer une partie des gaz brûlés générés lors du cycle immédiatement précédent, lesdits gaz brûlés ainsi enfermés étant ensuite relâchés dans la chambre principale (5) lors de la phase de la compression. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on isole thermiquement la chambre auxiliaire (10) de façon à limitèr un refroidissement desdits gaz brûlés en-fermés dans la chambre auxiliaire. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on met en oeuvre des moyens de soupape (11) commandés pour se fermer afin enfermer lesdits gaz brûlés dans la chambre auxiliaire (10) et pour s'ouvrir afin de relâcher les gaz chauds. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel9 on modifie le moment et/ou la durée d'ouverture des moyens de soupape.