Brevet FR3075266A1 — publié le 20190621

Ensemble moteur a combustion interne a allumage commande realisant l'injection d'un agent anti-cliquetis pulverise dans un repartiteur d'admission L'invention se rapporte a un ensemble moteur combustion interne a allumage commande congu pour l'injection d'un agent anti-cliquetis pulverise dans un repartiteur d'admission, ou collecteur d'admission, du moteur. De maniere connue, des constructeurs automobiles proposent differentes methodes pour augmenter la puissance du moteur pendant la conduite du vehicule. Une de ces methodes consiste a injecter de l'air comprime dans des chambres de combustion en vue d'ameliorer leur taux de remplissage. L'air comprime est envoye a partir d'un compresseur entraine par le moteur ou a partir d'un turbocompresseur entraine par le flux de gaz d'echappement. Cette methode est encore appelee la suralimentation du moteur. Cependant, pour un moteur a allumage commande (du type fonctionnant par exemple a l'essence), la suralimentation du moteur rend ce dernier plus sensible au cliquetis, un phenomene de combustion non controlee du combustible dans la chambre de combustion avant que la combustion ne soit declenchee par la bougie d'allumage. Le cliquetis se produit generalement a des endroits ou la pression et la temperature sont importantes, notamment au niveau des parois de la chambre de combustion. Le cliquetis se manifeste par un bruit metallique, perceptible a l'oreille ou peut etre detecte par un capteur piezo-electrique. Le cliquetis peut degrader severement le piston ainsi que les cylindres. Afin de reduire le risque de cliquetis, une des solutions existantes consiste a introduire d'un agent anti- cliquetis dans des chambres de combustion. Par definition, un agent anti-cliquetis est un carburant qui presente un indice d' octane plus eleve que le carburant (par exemple de l'essence) qui est principalement consommé dans le moteur pour la production du couple. Les agents anti-cliquetis couramment utilises sont de l'ethanol, du methyle tert-butyle ether (MTBE), de l'ether ethyle tertiobutyle (ETBE). Cette solution est decrite dans le document US 5 2006/0102146. Dans ce document, l'agent anti-cliquetis est soit introduit directement dans les chambres de combustion, soit mélange au prealable avec de l'essence, le mélange ainsi obtenu etant ensuite envoye dans les chambres de combustion. Cependant, cette solution reste encore perfectible, 10 notamment en termes de repartition de l'agent anti-cliquetis dans les chambres de combustion. Un mélange non homogene de l'agent anti-cliquetis reduit la performance de celui-ci. Par ailleurs, it faut installer un systeme d'injection par cylindre, soit pour l'agent anti-cliquetis seul, soit pour 15 le mélange de l'agent anti-cliquetis avec le carburant, ce qui complique la structure, donc la fabrication, du moteur et ajoute une source potentielle de panne dans le moteur. Ainsi, un objectif de l'invention est de proposer un ensemble moteur a combustion interne permettant une 20 repartition homogene de l'agent anti-cliquetis dans les chambres de combustion, donc une efficacite optimale pour eviter ou prevenir le cliquetis. Un autre objectif de l'invention est de proposer un tel ensemble qui est economique fiable et simple a installer. 25 A cet effet, l'invention concerne un ensemble moteur a combustion interne comprenant - un repartiteur d'admission comprenant - plusieurs conduits d'admission; - un plenum tubulaire desservant de l'air 30 comprime dans tous les conduits d'admission via une entrée principale; - un reservoir contenant un agent anti-cliquetis pulverise. 3 Selon l'invention, le plenum comprend un col d'un Venturi dispose en amont de l'entree principale. Le reservoir d'agent anti-cliquetis pulverise debouche dans le plenum au niveau du col du Venturi. L'ensemble comprend en outre un 5 systeme de circulation forcee faisant deplacer de l'agent anticliquetis pulverise vers le plenum. D'une part, le systeme de circulation forcee oblige l'agent anti-cliquetis pulverise a se deplacer vers le plenum. D'autre part, la presence du col du Venturi dans le plenum 10 permet de baisser la pression a ce niveau, ce qui facilite 7J-entree de l'agent anti-cliquetis pulverise dans le plenum. Ainsi, l'agent anti-cliquetis pulverise peut etre introduit dans le plenum malgre une pression -levee de l'air comprime qui y circule. 15 En outre, l'agent anti-cliquetis etant pulverise, le mélange de celui-ci avec de l'air comprime dans le tubulaire, est realise de maniere homogene. Etant donne que l'agent anti-cliquetis debouche dans le col du Venturi situe en amont de l'entree principale, le 20 mélange homogene de l'agent anti-cliquetis avec de l'air comprime est realise avant qu'il ne soit distribue a tous les conduits d'admission en provenance du plenum. Les conduits d'admission du repartiteur debouchent dans des chambres de combustion correspondantes du moteur. Ainsi, le mélange 25 homogene de l'agent anti-cliquetis avec de l'air comprime est envoy-6 dans chacune des chambres de combustion, ce qui permet une repartition homogene de l'agent anti-cliquetis dans chaque chambre de combustion, donc une performance optimale de l'agent anti-cliquetis pour prevenir le cliquetis. 30 Par ailleurs, l'ensemble ne demande pas beaucoup de changement de la structure du moteur proprement dit, notamment la structure de la culasse du moteur, car it n'a pas besoin d'un systeme d'injection individuel par cylindre. Un repartiteur dont le plenum tubulaire est equip- d'un col du Venturi suffit pour desservir le mélange homogene a tous les conduits d'admission du repartiteur, puis a toutes les chambres de combustion. Selon une caracteristique de l'invention, l'ensemble 5 comprend une vanne papillon precedant le repartiteur tubulaire. Le col de Venturi est de preference dispose dans l'alignement de la vanne papillon. En effet, plus le parcours de la veine de gaz entre la vanne papillon et le col est court, plus la dynamique de cette veine est elevee. Inversement, une 10 grande distance entre la vanne papillon et le col a tendance a ralentir la dynamique de la veine de gaz, ce qui se traduit par une degradation du comportement du moteur en transitoire. Selon une caracteristique de l'invention, le systeme de circulation forcee comprend 15 - un premier piquage sur le plenum du repartiteur en amont du col du Venturi; - un deuxieme piquage sur le reservoir d'agent anticliquetis pulverise; - un conduit de connexion reliant le premier piquage 20 au deuxieme piquage; et - un clapet anti-retour installe dans le conduit de connexion de maniere a autoriser la circulation de l'air comprime du premier piquage vers le deuxieme piquage. De cette maniere, d'une part, la pression au niveau du 25 deuxieme piquage, c'est-&-dire au niveau du pergage dans le reservoir d'agent anti-cliquetis, est sensiblement 69-ale a la pression de l'air comprime dans le plenum. D'autre part, le reservoir debouche dans le plenum au niveau du col du Venturi oill la pression est inferieure a la pression du flux d'air 30 comprime dans le plenum. La difference de pression au niveau du deuxieme piquage et au niveau du col du Venturi fait deplacer ainsi l'agent anti-cliquetis pulverise dans le plenum du repartiteur. Selon une caracteristique de l'invention, le systeme de circulation forcee comprend une pompe reliee au reservoir d'agent anti-cliquetis pulverise et agencee de maniere pouvoir injecter sous pression l'agent anti-cliquetis 5 pulverise. Selon une caracteristique de l'invention, le systeme de circulation forcee comprend une paroi a membrane deformable constituant une des parois du reservoir d'agent anti-cliquetis pulverise, et un organe d'actionnement destine a deformer la 10 paroi a membrane deformable. Ainsi, la paroi peut etre deformee de maniere a reduire le volume du reservoir et donc a augmenter la pression dans le reservoir de sorte qu'elle soit superieure a la pression au niveau du col du Venturi. Selon une caracteristique de l'invention, l'ensemble 15 comprend - un detecteur de cliquetis; - un estimateur de debit d'air comprime; - une electrovanne installee dans un tuyau conduisant de l'agent anti-cliquetis vers le plenum du 20 repartiteur; - une centrale de commande destinee a controler l'electrovanne pour introduire une quantite d'agents anticliquetis adaptee en fonction du signal du detecteur de cliquetis et de l'estimateur de debit d'air comprime. 25 Ainsi, tous ces elements permettent d'introduire la quantite adequate de l'agent anti-cliquetis en fonction du type de cliquetis detecte en vue d'une efficacite optimale pour eviter le cliquetis. Par ailleurs, la centrale de commande permet une gestion economique de l'ensemble moteur selon 30 l'invention. En effet, elle peut actionner l'ensemble moteur seulement en cas de besoin. Selon une caracteristique de l'invention, l'ensemble moteur comprend un appareil de pulverisation a ultrasons et une pompe additionnelle precedant le reservoir d'agent anti- cliquetis pulverise. La pompe additionnelle fait entrer de l'agent anti-cliquetis liquide dans l'appareil de pulverisation a ultrasons qui le transforme ensuite sous forme liquide pulverisee. 5 D'autres caracteristiques et avantages innovants ressortiront de la description ci-apres, fournie a titre indicatif et nullement limitatif, en reference aux dessins annexes, dans lesquels : - la figure 1 represente, de maniere schematique, 10 une vue en perspective d'un ensemble moteur selon l'invention - la figure 2 represente, de maniere schematique, une vue de dessus de l'ensemble moteur de la figure 1; - la figure 3 represente, de maniere schematique, une vue de coupe transversale illustrant des elements 15 constitutifs de l'ensemble moteur de la figure 1. Les elements structurellement et fonctionnellement identiques, presents dans plusieurs figures distinctes, sont affectes d'une seule et meme reference numerique ou alphanumerique. 20 En reference a la figure 1, un exemple de realisation d'un ensemble moteur 1 selon l'invention est illustre. L'ensemble moteur 1 comprend un repartiteur d'admission 2, dit aussi collecteur d'admission 2, compose de plusieurs conduits d'admission 21 debouchant chacun dans un cylindre du moteur et 25 d'un plenum 3 desservant de l'air dans tous les conduits d'admission 21 du repartiteur. Le plenum 3 est de forme tubulaire, a section oblongue, generalement cylindrique. Ici, les conduits d'admission 21 sont disposes 30 paralleles entre eux le long d'une face d'admission (non illustree) du moteur. Le plenum tubulaire 3, appelee ci-apres plenum, s'etend parallelement a la face d'admission et communique avec chaque conduit d'admission 21 via une ouverture 31 pratiquee sur son cote lateral. Dans un exemple de realisation de l'invention, le repartiteur est constitue de deux pieces distinctes : une premiere piece qui comprend les conduits d'admission 21 et une premiere portion demi-cylindrique du plenum 3, et une seconde 5 piece qui est constituee de l'autre portion demi-cylindrique du plenum 3. Par exemple, les deux pieces sont au prealable realisees en plastique injecte, et elles sont ensuite soudees entre elles au niveau d'un plan de joint qui retie les deux portions demi-cylindriques du plenum 3. Alternativement, le 10 repartiteur peut etre realise en une seule piece, par exemple en moulant la piece en plastique autour d'un noyau de metal fusible dont la forme correspond au volume du plenum et des conduits, et en faisant ensuite fondre le noyau. Selon l'invention et dans cet exemple, afin 15 d'augmenter la puissance du moteur, l'air comprime est envoys dans les cylindres via le repartiteur d'admission 2. Une vanne papillon 4 est installee en amont du repartiteur 3 pour reguler le flux d'air comprime admis d'abord dans le plenum 3 du repartiteur d'admission 2. Sauf indications contraires, les 20 termes «avant» et «apres», «en amont» et «en aval» sont definis par rapport au sens de circulation de l'air dans l'ensemble moteur 1. L'air comprime provient d'un circuit d'admission d'air comportant un compresseur qui peut etre entrains par le moteur 25 ou par une source d'energie electrique, ou par un turbocompresseur dont la turbine entraine les gaz d'echappement et transfere l'energie de la détente des gaz au compresseur. Dans l'exemple illustre, le diametre d'ouverture de la 30 vanne papillon 4 peut etre modifie au moyen d'un boitier de commande motorise 41 represents a la figure 1 et a la figure 2. L'ensemble moteur 1 comprend en outre un reservoir 5 qui contient d'un agent anti-cliquetis, par exemple de l'ethanol, sous forme de liquide pulverise. Dans cet etat, l'agent anti-cliquetis est en tres fines gouttelettes formant un ensemble dit de brouillard ou de brume, comme l'etat d'un liquide distribue par une buse de nebulisation. Pour obtenir 5 ce brouillard, on utilise un appareil de pulverisation 51 a ultrasons place, dans cet exemple, a cote du reservoir 5. Dans un premier temps, l'agent anti-cliquetis en liquide est envoye dans l'appareil de pulverisation 51 au moyen d'une pompe additionnelle. Dans un deuxieme temps, l'agent anti-cliquetis 10 ainsi pulverise est envoye dans le reservoir 5 pour stockage. Sur la figure 2 et sur la figure 3, l'agent anticliquetis est introduit dans une portion 33 du plenum 3 situee entre la vanne papillon 4 et une entrée principale 30. On entend par l'entree principale 30 l'endroit du plenum du 15 repartiteur par lequel passe le flux d'air avant d'être distribue dans chaque conduit d'admission du repartiteur. Autrement dit, l'entree principale 30 peut etre consideree comme une section 30 du repartiteur 2, plus precisement du plenum 3 du repartiteur 2, situee avant la premiere ouverture 20 laterale 31 debouchant dans le conduit d'admission 21 qui est situe le plus proche de la vanne papillon 4. Dans cet exemple, le conduit d'admission 21 situe le plus proche de la vanne papillon 4 est celui le plus a droite sur la figure 2. L'entree principale est illustree par un trait reference 30. 25 Sur la figure 3, le reservoir 5 debouche dans le plenum 3 au niveau d'un col du Venturi 6 place entre la vanne papillon 4 et l'entree principale 30. L'agent anti-cliquetis pulverise rentre dans le plenum 3 via un orifice 32 pratique sur une paroi 34 du plenum, l'orifice 32 etant place au niveau du col 30 du Venturi 6. Le but de la mise en place du col du Venturi 6 est de faire baisser localement la pression dans le plenum 3 afin de faciliter l'introduction l'agent anti-cliquetis pulverise. En effet, l'agent anti-cliquetis pulverise est stocke dans le reservoir 5 a une pression atmospherique Pat,. Lorsque l'air comprime est envoye dans le repartiteur d'admission 2, la pression dans le plenum Pi du repartiteur devient plus elevee que la pression atmospherique Patss. Il faut donc trouver un 5 moyen pour faire baisser localement la pression dans le plenum 3 du repartiteur pour pouvoir y introduire l'agent anticliquetis pulverise. Le moyen propose par l'ensemble moteur 1 selon l'invention est de disposer le col de Venturi 6 entre la vanne 10 papillon 4 et l'entree principale 30, car de maniere connue en soi, la vitesse du fluide au niveau du col du Venturi 6 augmente, ce qui a pour consequence de baisser la pression du fluide a cet endroit a une pression P2 inferieure a la pression Pi du flux d'air comprime dans le plenum 3. En d'autres termes, 15 la baisse locale de la pression aspire l'agent anti-cliquetis pulverise dans le plenum 3. Le rapport entre le diametre du col de Venturi di et le diametre d2 des autres sections non retrecies du plenum 3 (i.e. les autres sections tubulaires du plenum avant et apres 20 le col) peut etre determinee grace a l'equation suivante : (Equ.1) Pi - P2 2 - 1/2 - p -v12 - [ (d2/c11) 2 - 11 Avec : - Pi : la pression statique en amont du col 25 - P2 : la pression statique dans le col - p : la masse volumique du mélange air-agent, calculee a partir du ratio air-agent qui est prevu - vi : la vitesse du flux d'air en amont 30 du col Le rapport des diametres sera choisi de telle sorte que les deux conditions suivantes soient remplies simultanement : P1 - P2 > 0 10 Et La vitesse de l'ecoulement reste dans le domaine subsonique, i.e. vi REVENDICATIONS1. Ensemble moteur (1) a combustion interne comprenant - un repartiteur d'admission (2) comprenant - plusieurs conduits d'admission (21) ; - un plenum tubulaire (3) desservant de l'air comprime dans tous les conduits d'admission (21) via une entrée principale (30) ; - un reservoir (5) contenant un agent anti-cliquetis pulverise; ledit ensemble etant caracterise en ce que - le plenum tubulaire (3) comprend un col d'un Venturi (6) dispose en amont de Irentree principale (30) ; - le reservoir (5) d'agent anti-cliquetis pulverise debouche dans le plenum tubulaire (3) au niveau du col du Venturi (6) ; - l'ensemble comprend un systeme de circulation forcee (7) faisant deplacer de l'agent anti-cliquetis 20 pulverise vers le plenum tubulaire (3). 2. Ensemble (1) selon la revendication 1, caracterise en ce que l'ensemble (1) comprend une vanne papillon (4) precedant le plenum tubulaire (3) et en ce que le col du Venturi (6) est dispose dans l'alignement de la vanne papillon 25 (4). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, caracterise en ce que le rapport entre le diametre (di) du col du Venturi (6) et le diametre (d2) de la partie radialement non retrecie du plenum tubulaire (3) est 30 determine de telle sorte que la pression (P2)au niveau du col de Venturi soit inferieure a la pression (P1) au niveau de la 15 partie radialement non retrecie du plenum et que l'ecoulement gazeux dans le col reste dans le domaine subsonique. 4. Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce que le systeme de circulation forcee (7) 5 comprend - un premier piquage (71) sur le plenum tubulaire (3) en amont du col du Venturi (6) ; - un deuxieme piquage (72) sur le reservoir (5) d'agent anti-cliquetis pulverise; 10 - un conduit de connexion (73) reliant le premier piquage (71) au deuxieme piquage (72) ; et - un clapet anti-retour (74) installe dans le conduit de connexion (73) de maniere a autoriser la circulation de l'air comprime du premier piquage (71) vers le deuxieme 15 piquage (72). 5. Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce que le systeme de circulation forcee (7) comprend une paroi a membrane deformable constituant une des parois du reservoir (5) d'agent anti-cliquetis pulverise, et un organe d'actionnement destine a deformer la paroi a membrane deformable. 6. Ensemble (1) selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que l'ensemble comprend - un detecteur de cliquetis; - un estimateur de debit d'air comprime; - une electrovanne (8) installee dans un tuyau (52) conduisant l'agent anti-cliquetis vers le plenum tubulaire (3) ; - une centrale de commande destinee controler l'electrovanne (8) pour introduire une quantite d'agents anti- 16 cliquetis adaptee en fonction du signal du detecteur de cliquetis et de l'estimateur de debit d'air comprime. 7. Ensemble (1) selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comprend un appareil de 5 pulverisation a ultrasons (51) et une pompe additionnelle precedant le reservoir (5) d'agent anti-cliquetis pulverise. 8. Vehicule automobile caracterise en ce qu'il comprend un ensemble moteur (1) selon l'une des revendications precedentes. 10