Brevet FR2946388A1 — publié le 20101210

Moteur à combustion interne. [000l] La présente invention concerne le domaine de l'automobile et plus particulièrement le domaine des moteurs à combustion interne, notamment ceux fonctionnant en co-carburation gaz (LNG-GNV)/Diesel. [0002 Dans les moteurs à combustion interne fonctionnant habituellement avec du carburant Diesel, la chaleur produite par la compression mécanique du mélange carburant/air permet l'inflammation du carburant Diesel liquide. Des développements récents visant en particulier à obtenir des émissions plus faibles de polluants indésirables tels que des oxydes d'azote (NOx) et des particules solides ont conduit à utiliser des carburants gazeux tel que le gaz naturel dans de tels moteurs. La substitution des carburants liquides par des carburants gazeux permet donc avantageusement de réduire ces émissions de matières polluantes et de particules. On cherche donc ainsi à proposer des moteurs à combustion interne permettant de répondre à des réglementations de plus en plus drastiques visant à réduire la pollution et à imposer notamment des niveaux d'émissions de moteur de plus en plus faibles. [0003] Toutefois, bien que ces carburants gazeux soient généralement plus propres lors de leur combustion, cette dernière nécessite des température et pression plus élevées que celles de carburants liquides pour permettre d'initier la combustion. De manière à remédier à cet inconvénient, une solution consiste à proposer l'injection d'un carburant pilote dans la chambre de combustion, ce carburant étant un carburant choisi pour s'enflammer plus rapidement que le carburant gazeux. De ce fait, l'inflammation du carburant pilote permet l'inflammation du carburant gazeux. [0004 Ainsi, dans WO 2007/056845, est proposé un moteur à combustion interne fonctionnant selon deux carburants liquide et gazeux indépendamment l'un de l'autre ou associés, injectés dans la chambre de combustion par deux valves d'injection distinctes tandis qu'un appareil d'aide à la combustion peut être utilisé pour pré-conditionner l'air amené. Cet appareil peut être un moyen de chauffage de l'air ou encore un moyen d'injection d'un carburant dans l'air pour initier la combustion. Un tel moteur présente effectivement l'avantage de permettre l'utilisation du carburant liquide comme carburant pilote par rapport au carburant gazeux notamment en vue de réduire la consommation en carburant Diesel mais cela peut également être réalisé à l'aide de l'appareil d'aide à la combustion. [0005i Un tel moteur nécessite l'utilisation d'injecteurs haute pression et de � common rail � notamment pour le fonctionnement en carburant Diesel seul, ce qui d'un point de vue économique n'est pas avantageux. [0006i Dans US 4831993 est proposé un moteur à combustion interne fonctionnant avec un mélange de carburant gazeux et d'air dont l'inflammation est provoquée par l'injection d'un carburant pilote Diesel. On propose donc un moteur dans lequel chaque cylindre présente un conduit d'admission d'air contrôlé par une soupape d'admission, ainsi qu'un conduit d'échappement contrôlé associé à une soupape d'échappement tandis qu'un conduit d'amenée de gaz est en outre prévu débouchant dans le passage d'admission, le mélange gaz-air s'effectuant au niveau de la soupape d'admission. Le cylindre comporte en outre des moyens d'injection de carburant Diesel monté entre les soupapes d'admission et d'échappement. Les moyens d'injection de carburant Diesel permettent la délivrance d'une petite quantité de carburant Diesel après que le mélange gaz-air ait été délivré dans le cylindre pour initier la combustion. [000n Par le document JP 2008248750, on a également proposé un moteur à combustion interne de ce type dans lequel on a en outre prévu une chambre de précombustion ouverte sur une chambre de combustion principale. Des moyens d'injection d'un pilote de carburant Diesel sont prévus au niveau de ladite chambre de précombustion. Ainsi, le mélange air-gaz est introduit dans la chambre de combustion principale et se répand également au niveau de la chambre de précombustion. Lorsque le carburant Diesel est injecté dans ladite chambre de précombustion, il s'auto-allume et le mélange gazeux s'allume et brûle puis est soufflé vers la chambre principale de combustion dans laquelle le mélange gazeux s'enflamme à son tour. [0008] Dans ces deux moteurs proposés, le mélange gaz/air s'effectuant en amont de l'admission dans la chambre de combustion, il est nécessaire que ce mélange présente une richesse minimale en gaz en-dessous de laquelle ledit carburant ne peut pas brûler. [0009] Or pour répondre aux normes de plus en plus sévères en termes d'émissions de polluants, on cherche à pouvoir proposer un moteur qui puisse fonctionner de manière efficace avec un mélange carburant gazeux/ air dont les émissions polluants soient les plus réduites possibles. L'une des voies permettant d'atteindre cet objectif consiste à utiliser un mélange gaz/air le plus pauvre possible en gaz. [ooio] Aussi, la présente invention vise à proposer un moteur à combustion interne dans lequel le mélange air/carburant gazeux utilisé peut être plus pauvre que les mélanges habituellement utilisés, tout en présentant des performances de fonctionnement satisfaisantes. [0011] A cet effet, la présente invention concerne un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, des moyens d'admission d'air, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre, chaque cylindre présentant une chambre de précombustion dans laquelle sont prévus des moyens d'alimentation en un premier carburant dit pilote, caractérisé en ce que des moyens d'alimentation en un second carburant sont en outre prévus au niveau de la chambre de combustion pour injecter ledit second carburant directement dans ladite chambre de combustion. [0012] De manière très avantageuse, l'injection directe du second carburant dans la chambre de combustion, permet l'inflammation d'un mélange gaz/air alors même que celui-ci est plus chargé en air et donc plus pauvre en gaz. [0013] En outre, l'injection directe du second carburant dans la chambre de combustion permet une plus grande souplesse dans les motifs d'injection, du fait des contraintes moindres générées par les lois de levée de soupape puisque l'injecteur se trouve en aval de la soupape d'admission. On peut ainsi définir plus de phasages entre les injections de carburant Diesel et carburant gaz. On peut ainsi optimiser encore mieux la combustion et donc réduire les émissions de polluants. [0014] De préférence, le premier carburant est un carburant de gazole ou de biodiesel. Alors que le gazole est un produit pétrolier, on entend ici par biodiesel, un biocarburant apte à faire fonctionner un moteur de type Diesel obtenu à partir d'huile végétale ou animale, transformée par un procédé chimique tel que la transestérification en faisant réagir cette huile avec un alcool, l'hydrogénation. Ce biodiesel peut être utilisé seul ou mélangé avec du gazole. Ce premier carburant peut servir en mode de combustion gazeux de carburant pilote. [0015] Le second carburant est gazeux, à base d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures ayant entre 1 et 4 atomes de carbone. De préférence, le second carburant est à base de méthane (CH4) tel que du Gaz Naturel Véhicule. En pratique, un gaz naturel tel que du gaz de ville convient fort bien. [0016] Selon une forme de réalisation préférée, les moyens d'alimentation en second carburant sont prévus dans la chambre de combustion au voisinage du passage entre la chambre de combustion et la chambre de précombustion. [0017] De manière avantageuse, la chambre de précombustion prévue dans le moteur selon l'invention est dimensionnée pour favoriser l'auto-inflammation du premier carburant tel que du carburant Diesel. [oois] Ainsi cette chambre de précombustion de dimensions inférieures à celles de la chambre de combustion permet de définir une richesse locale élevée c'est-à- dire qu'il y a peu d'air dans ladite chambre de précombustion tandis qu'il y règne une température et une pression élevées. Les conditions ainsi crées dans ladite chambre de précombustion permettent d'obtenir une auto-inflammation du premier carburant dit pilote tel que du Diesel. [0019] La combustion du carburant Diesel entraîne alors la génération de radicaux qui vont diffuser dans la chambre de combustion principale. Cette chambre de combustion principale est préalablement remplie d'air et du second carburant tel que du carburant gazeux de préférence du Gaz Naturel pour Véhicule (GNV) ou encore du Gaz Liquide Naturel (LNG) injecté directement dans ladite chambre de combustion. [0020] Les radicaux diffusés par la combustion du carburant Diesel permettent d'enflammer le mélange gaz/air et celui-ci, de manière très avantageuse, peut être un mélange plus chargé en air que les mélanges habituellement utilisés. On obtient ainsi un gain au niveau de l'émission de CO2 puisque le mélange air/gaz est plus pauvre en carburant gazeux mais également de fait, un gain en termes de consommation en carburant gazeux. [0021] De manière avantageuse, le moteur selon l'invention est du type à allumage par compression. [0022] Par ailleurs, le moteur selon l'invention permet en outre une diminution des émissions d'oxydes d'azote (NOx) à la source car il est possible de réaliser une recirculation interne des gaz avec un plus fort taux. [0023] En effet, la chambre de combustion pourvue d'une chambre de précombustion associée rend la purge de cette chambre plus difficile. Or de manière avantageuse, le phénomène naturel de recirculation interne des gaz (connu sous l'acronyme anglais IGR Internai Gas Recirculation) est alors favorisé. Cet IGR est parfaitement toléré car l'allumage par un carburant Diesel pilote permet de maîtriser l'énergie d'allumage du GNV conduisant à une combustion stable tolérant une plus grande quantité d'IGR. [0024] Cet IGR permet alors d'abaisser la température de combustion ce qui permet d'abaisser avantageusement les émissions de NOx. [0025] Le moteur selon la présente invention permet ainsi d'améliorer les gains 20 par rapport aux émissions de CO2 et de NOx et donc de respecter à la fois des normes de pollution sévères et le CAFE (législation sur CO2). [0026] L'invention concerne également un véhicule doté d'un moteur selon l'invention. De manière avantageuse, le véhicule selon l'invention peut également être un véhicule hybride et comporter un moteur électrique. 25 [0027] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel la figure unique représente schématique un mode de réalisation du moteur selon l'invention. [0028] Comme on peut le voir sur la figure unique, est représenté un moteur selon l'invention. [0029] Le moteur comporte au moins un cylindre 1 et est du type à allumage par compression. La chambre de combustion 2 de chaque cylindre est alimentée en air par des moyens d'admission. Ces moyens d'admission comprennent un conduit 3 et une soupape d'admission 4. La chambre de combustion 2 comporte en outre des moyens d'échappement des gaz produits par la combustion du mélange air et carburant introduit dans ladite chambre, lesdits moyens d'échappement étant constitués d'un conduit d'échappement 5 et d'une soupape d'échappement 6. [0030] La chambre de combustion 2 comporte en outre une chambre de précombustion 7 alimentée en carburant par des moyens d'alimentation en un premier carburant. Le carburant est un carburant pilote Diesel et les moyens d'alimentation comprennent un injecteur Diesel 8 et une pompe distributrice. [0031] La chambre de précombustion 7 est de dimensions réduites par rapport à la chambre de combustion 2 de sorte que la température et la pression qui y règnent soient élevées alors qu'il y a peu d'air ce qui favorise l'auto-inflammation du carburant Diesel qui y est injecté. [0032] Des moyens d'alimentation en un second carburant différent du premier et tel que du carburant gazeux comme le LNG ou GNV sont en outre prévus pour permettre une injection directe dudit second carburant dans la chambre de combustion 2. Ces moyens d'alimentation comprennent un injecteur 9 et sont de préférence prévus au voisinage du passage entre la chambre de précombustion 7 et la chambre de combustion 2. [0033] On remplit donc la chambre de combustion 2 avec du carburant GNV et un excès d'air. L'injection de carburant Diesel dans la chambre de précombustion 7 conduit à l'auto-inflammation dudit carburant Diesel. La combustion du Diesel génère alors des radicaux qui se diffusent dans la chambre de combustion 2 et déclenchent la combustion du mélange gaz/air. Ces radicaux aidant à la combustion du mélange GNV/air, celui-ci peut être plus chargé en air et donc plus pauvre en GNV sans que l'efficacité ne soit affectée. [0034] L'invention n'est bien entendu nullement limitée à ce mode de réalisation donné à titre d'exemple. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre (1), des moyens d'admission d'air, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre (1) au niveau d'une chambre de combustion (2), chaque cylindre (1) présentant une chambre de précombustion (7) dans laquelle sont prévus des moyens d'alimentation en un premier carburant dit pilote, caractérisé en ce que des moyens d'alimentation en un second carburant différent du premier carburant sont en outre prévus au niveau de la chambre de combustion (2) pour injecter ledit second carburant directement dans ladite chambre de combustion (2). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en second carburant sont prévus au voisinage du passage de communication entre la chambre de précombustion (7) et la chambre de combustion (2). 3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre de précombustion (7) est de dimensions inférieures à celles de la chambre de combustion, de sorte qu'il y a peu d'air dans ladite chambre de précombustion tandis qu'il y règne une température et une pression élevées de sorte à définir des conditions favorables à l'auto-inflammation du premier carburant. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier carburant est un carburant Diesel. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en premier carburant sont constitués d'un injecteur (8) et d'une pompe distributrice. 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le second carburant est un carburant gazeux tel que du GNV, LNG. 7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est du 30 type à allumage par compression. 8. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en second carburant sont constitués d'un injecteur de gaz (9). 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur électrique.