Brevet FR2926325A3 — publié le 20090717

FR 2926325 A3 20090717 FR 0850218 A 20080115 SYSTEME D'INJECTION D'EAU DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN CYLINDRE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DESCRIPTION L'invention concerne un système d'injection d'eau dans une chambre de combustion d'un cylindre de 5 moteur à combustion interne. La réduction des émissions polluantes des moteurs à combustion interne rend parfois nécessaire l'utilisation des systèmes de post-traitement coûteux et encombrants, notamment pour les moteurs Diesel. Avec 10 ces moteurs, on utilise fréquemment des pièges à NOx ou des filtres à particules. La formation des polluants NOx et des particules dans les moteurs Diesel est directement liée au niveau des températures maximales atteintes dans la 15 chambre de combustion. Plus cette température est élevée, plus la formation de NOx et de particules est favorisée. Plusieurs techniques sont communément utilisées sur les véhicules de transport terrestre pour réduire ces émissions à la base, c'est-à-dire en sortie 20 de moteur et en amont des systèmes de post-traitement éventuels. On a recours à la recirculation des gaz d'échappement (EGR) ce qui nécessite l'utilisation de circuits complexes et de refroidisseurs. On peut également avoir recours à des stratégies d'injection 25 comme par exemple le moteur à combustion homogène connu sous l'acronyme HCCI (pour Homogeneous Charge Compression Ignition ). Dans le cas des moteurs industriels, on applique également la technique d'injection d'eau dans le cylindre, notamment avec des injecteurs à double circuit, un pour le mazout, l'autre pour l'eau comme proposé dans le brevet JP 71 50966. L'injecteur pour l'eau s'alimente directement dans un réservoir comme décrit dans le brevet US 5,937 799 ou le brevet JP 91 44606. Cette solution, utilisée par exemple sur les moteurs de bateau pour lesquels l'eau de mer est disponible, s'appliquerait difficilement aux véhicules terrestres d'une part à cause de la fréquence du remplissage du réservoir d'eau qu'il est difficile de confier à l'utilisateur habituel du véhicule, d'autre part par la nécessité d'utiliser un injecteur aussi complexe et encombrant (voir par exemple le brevet JP 2002 155825). La présente invention a précisément pour objet un système d'injection d'eau dans une chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne qui remédie à ces inconvénients. Ce système comprend : une dérivation des gaz d'échappement montée sur une ligne d'échappement des gaz apte à la circulation d'au moins une partie des gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement ; - un condenseur monté sur la dérivation des gaz d'échappement pour condenser la vapeur d'eau contenue dans les gaz d'échappement y circulant ; - un réservoir d'eau pour recueillir l'eau condensée dans le condenseur ; - des moyens d'injection aptes à introduire de l'eau prélevée dans le réservoir dans le cylindre du moteur à combustion interne. Grâce à ces caractéristiques, le système s'auto-alimente en eau. Il n'est pas nécessaire de prévoir un remplissage des réservoirs d'eau par un utilisateur. Avantageusement, les moyens d'injection comportent un injecteur d'eau placé directement dans la 5 chambre de combustion du cylindre. Dans une réalisation, les moyens d'injection comportent : - une pompe de prélèvement d'eau dans le réservoir ; 10 - un diffuseur basse pression pour injecter l'eau dans une chambre de mélange avec le carburant afin de former une émulsion ; - une pompe haute pression pour injecter l'émulsion dans la chambre de combustion du cylindre. 15 Avantageusement, la quantité de gaz d'échappement circulant dans la dérivation est adaptée par une vanne commandée disposée, de préférence, à l'entrée de la dérivation sur la ligne d'échappement. De préférence, la vanne est commandée en 20 fonction du niveau d'eau atteint dans le réservoir. De préférence, le condenseur est refroidi par la circulation d'au moins une partie de fluide frigorigène issu d'un système de climatisation, et de préférence d'un système de climatisation d'un véhicule. 25 Un autre objet de l'invention porte sur un moteur à combustion interne dans lequel de l'eau est injectée dans au moins une des chambres de combustion par un système d'injection d'eau selon l'invention. Par ailleurs, l'invention concerne un 30 procédé d'injection d'eau dans une chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne. Selon ce procédé, on dérive une fraction des gaz d'échappement, on condense l'eau contenue dans les gaz d'échappement dérivés ; et on injecte l'eau condensée dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Avantageusement, on injecte l'eau condensée dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne au moyen d'un injecteur dédié. Avantageusement encore, on prépare une émulsion carburant/eau, et on comprime et injecte l'émulsion carburant/eau dans la chambre de combustion au moyen d'une pompe à haute pression. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné en référence à la figure annexée. Sur cette figure, on a illustré schématiquement le cycle de fonctionnement d'un dispositif conforme à la présente invention. Sur la figure unique, la référence 2 désigne un moteur à combustion interne et la référence 4 désigne une ligne d'échappement des gaz brûlés dans ce moteur. La ligne d'échappement débouche dans l'atmosphère. L'idée de base consiste à récupérer l'eau produite sous forme de vapeur durant la combustion et présente en grande quantité dans les gaz d'échappement. A cette fin, un condenseur 6 est placé en dérivation sur le circuit d'échappement 4. Une vanne 8, de 30 préférence commandée par un calculateur, permet de régler le débit dérivé selon les besoins. Le condenseur 25 6 peut avantageusement être refroidi par le fluide frigorigène provenant du système de climatisation du véhicule. En variante, le condenseur peut être refroidi par un système autonome. Les condensats, c'est-à-dire l'eau plus des traces d'hydrocarbures, sont évacués par une pompe à basse pression vers un réservoir d'eau 10. Le niveau de l'eau dans le réservoir 10 pilote la vanne 8 en fonction du niveau d'eau atteint. L'eau est prélevé dans le réservoir 10 par une pompe 12 puis injectée dans une chambre de mélange 14 par un diffuseur basse pression. Il suffit pour cela que la pression d'injection d'eau soit supérieure de quelques bars à la pression d'alimentation en carburant 16. L'émulsion est ensuite comprimée par la pompe d'injection à haute pression 18 du carburant et injectée dans le cylindre par l'injecteur de carburant. REVENDICATIONS 1. Système d'injection d'eau dans une chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne comprenant : - une dérivation des gaz d'échappement montée sur une ligne d'échappement des gaz apte à la circulation d'au moins une partie des gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement ; - un condenseur (6) monté sur la dérivation des gaz d'échappement pour condenser la vapeur d'eau contenue dans les gaz d'échappement y circulant ; - un réservoir d'eau (10) pour recueillir l'eau condensée dans le condenseur (6) ; - des moyens d'injection aptes à introduire de l'eau prélevée dans le réservoir (10) dans le cylindre du moteur à combustion interne. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'injection comportent un injecteur d'eau placé directement dans la chambre de combustion du cylindre. 3. Système d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'injection comportent : - une pompe (12) de prélèvement d'eau dans le réservoir ; - un diffuseur basse pression pour injecter l'eau dans une chambre de mélange avec le carburant afin de former une émulsion ; B 15840 LW 2926325 7 - une pompe haute pression pour injecter l'émulsion dans la chambre de combustion du cylindre. 4. Système d'injection selon l'une 5 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de gaz d'échappement circulant dans la dérivation est adaptée par une vanne commandée (8) disposée, de préférence, à l'entrée de la dérivation sur la ligne d'échappement. 10 5. Système d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la vanne (8) est commandée en fonction du niveau d'eau atteint dans le réservoir (10). 15 6. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le condenseur (6) est refroidi par la circulation d'au moins une partie de fluide frigorigène issu d'un 20 système de climatisation, et de préférence d'un système de climatisation d'un véhicule. 7. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce que de l'eau est injectée dans au moins une des 25 chambres de combustion par un système d'injection d'eau selon une des revendications précédentes. 8. Procédé d'injection d'eau dans une chambre de combustion d'un cylindre de moteur à 30 combustion interne, caractérisé en ce que l'on dérive une fraction des gaz d'échappement, que l'on condense B 15840 LW a 2926325 8 l'eau contenue dans les gaz d'échappement dérivés ; et que l'on injecte l'eau condensée dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. 5 9. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on injecte l'eau condensée dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne au moyen d'un injecteur dédié. 10 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on prépare une émulsion carburant/eau, et que l'on comprime et injecte l'émulsion carburant/eau dans la chambre de combustion 15 au moyen d'une pompe à haute pression.