FR2593234A1

FR2593234A1 - Moteur a combustion interne a plusieurs cylindres avec injection de carburant, notamment moteur a turbo-compresseur

Info

Publication number: FR2593234A1
Application number: FR8618023A
Authority: FR
Inventors: Eberhard Haberkern; Gerhard Lotterbach; Jan Faas Van Woudenberg; Udo Zucker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1987-07-24
Also published as: IT1201140B; DE3601700A1; US4742681A; FR2593234B1; JPS62189352A; IT8719071A0

Abstract

a. Moteur à combustion interne à plusieurs cylindres avec injection de carburant, notamment moteur à turbo-compresseur. b. Moteur caractérisé en ce que, avec l'ouverture de la soupape de régulation 27, une partie des cylindres 11 à 14 n'est pas allumée et que la partie restante des cylindres 11 à 14, lors du dosage correspondant de la quantité de carburant injectée, est allumée à un instant extrêmement tardif, et que dans les cylindres non allumés 11 à 14 il est injecté au total une quantité de carburant déterminant le volume supplémentaire des gaz d'échappement. c. L'invention se rapporte aux moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres, avec injection de carburant, notamment moteurs à turbo-compresseurs. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

1.- Moteur à combustion interne à plusieurs cylindres avec

injection de carburant, notamment moteur à turbo-

compresseur". L'invention part d'un moteur à combustion

interne à plusieurs cylindres avec une injection de carbu-

rant, notamment un moteur à compresseur, avec un canal d'aspiration d'air aboutissant aux cylindres et comportant

un clapet d'étranglement, avec un canal de gaz d'échappe-

ment partant des cylindres, avec un turbocompresseur qui comporte un compresseur disposé sur le canal d'aspiration et une turbine entrainant ce compresseur disposée dans le

canal des gaz d'échappement, et avec une soupape de régula-

tion se trouvant en communication c8té entrée avec le tron-

çon du canal d'aspiration délimité par le compresseur et le clapet d'etranglement, soupape de régulation qui s'ouvre au-dessous d'une valeur prédéfinie dérivée de grandeurs caractéristiques du fonctionnement telles que la pression ou bien le débit massique d'air dans le canal d'aspiration

ou bien la vitesse de rotation du moteur à combustion in-

terne ou du turbocompresseur, et qui délivre de l'air com-

burant pour obtenir un volume supplémentaire de gaz d'échappement vers le canal des gaz d'échappement jouant

le rAle de post-brOLleur.

Dans de tels moteurs à combustion interne 2.-

équipés d'un turbocompresseur, l'énergie des gaz d'échap-

pement est utilisée pour entrainer la turbine qui, à son

tour, entraîne le compresseur auquel elle est reliée, grâ-

ce à quoi la pression d'alimentation de l'air comburant amené aux cylindres est augmentée et qu'ainsi, le moteur

à combustion interne développe un couple plus élevé.

Pour des débits massiques réduits dans les cylindres, comme cela est le cas lors du fonctionnement

en accompagnement ou en poussée du moteur à combustion in-

terne utilisé comme moteur d'un véhicule automobile ou bien en faible charge partielle, le débit massique d'air

produit par le turbo-compresseur est toutefois réduit.

Pour augmenter ce débit massique d'air, dans un moteur à turbocompresseur connu du type initialement mentionné, un volume supplémentaire de gaz d'échappement est engendré

dans le canal des gaz d'échappement en contournant les cy-

lindres, dans le fonctionnement en accompagnement et dans

le fonctionnement en charge partielle, c'est-à-dire lors-

que le clapet d'étranglement n'est pas complètement ou-

vert, ce volume supplémentaire de gaz d'échappement ali-

mentant la turbine du turbo-compresseur et lui communi-

quant une vitesse de rotation supérieure à celle que pour-

raient lui communiquer à elle seule les quantités de gaz d'échappement sortant des cylindres. De ce fait, le turbo-compresseur est maintenu en vitesse de rotation

même dans le fonctionnement en accompagnement et en char-

ge partielle, et délivre un débit massique d'air suffi-

sant. Ce que l'on appelle le "trou de turbo-compresseur" se produisant dans le cas des moteurs à turbo-compresseurs

est évité et au total le comportement du moteur à turbo-

compresseur est amélioré.

Pour obtenir le volume supplémentaire de

gaz d'échappement, l'air comburant se trouvant sous pres-

sion dans le canal d'aspiration est amené, lorsque le clapet d'étranglement est fermé ou bien partiellement 3.-

ouvert, au canal des gaz d'échappement par l'intermédiai-

re de la soupape de régulation en contournant les cylin-

dres. La quantité de carburant nécessaire est amenée dans le canal des gaz d'échappement par l'intermédiaire des cylindres dont l'allumage est mis hors circuit. Le mélan- ge d'air comburant et de carburant non brdlé s'allume dans le canal des gaz d'échappement, grâce à quoi, on

obtient le volume supplémentaire de gaz d'échappement en-

trainant la turbine, Comme dans ce cas, seules des quan-

tités réduites de carburant sont utilisées, l'injection

de carburant dans les cylindres n'a pas besoin de s'effec-

tuer pour chaque révolution de l'arbre de vilebrequin mais peut s'effectuer seulement toutes les m révolutions, m étant un nombre entier supérieur ou égal à J Le moteur à combustion interne conforme à

l'invention est alors caractérisé en ce que, avec lou-

verture de la soupape de régulation, une partie des cy-

lindres n'est pas allumée et que la partie restante des cylindres, lors du dosage correspondant de la quantité

de carburant injectée, est allumée à un instant extrême-

ment tardif, et que dans les cylindres non allumés, il est injecté au total une quantité de carburant détermiî nant le volume supplémentaire des gaz d'échappement, Le moteur à combustion interne conforme à l'invention avec les caractéristiques définies ci-dessus présente l'avantage que le moteur à combustion interne n'est pas rendu plus puissant par la mise hors circuit de la totalité de l'allumage des cylindres, mais parce

qu'on effectue uniquement une mise hors circuit de cer-

tains cylindres pour réduire le travail mécanique,

Ainsi la transition vers le fonctionnement d'accompagne-

ment est adoucie et le moteur à combustion interne tourne

plus rond dans le fonctionnement en accompagnement, Leins-

tant d'allumage extrêmement tardif provoque alors une altération du rendement du cylindre fonctionnant à ce 4.- moment, de sorte qu'il n'y ait guère de travail mécanique et que la totalité de l'énergie de combustion est utilisée pour élever, de façon importante, la température des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement chauds brulent sans résidus le mélange carburant-air amené au canal des gaz

d'échappement par l'intermédiaire des cylindres non allu-

més et de la soupape de régulation, grâce à quoi, l'effi-

cacité du système est améliorée en rapport avec la produc-

tion supplémentaire de gaz d'échappement. La quantité de carburant nécessaire pour le besoin supplémentaire des gaz d'échappement, est injectée selon une répartition quelconque dans les différents cylindres non allumés et

arrive sans être brûlée dans le canal des gaz d'échappe-

ment. La soupape de régulation est ouverte dès qu'une va-

leur prédéfinie dérivée des grandeurs caractéristiques de fonctionnement, telles que la pression ou bien le débit massique d'air dans le canal d'aspiration, la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, est franchie vers le bas et cette soupape alimente le canal des gaz d'échappement avec de l'air d'aspiration qui se trouve sous la pression qui règne dans le canal d'aspiration

en aval du clapet d'étranglement dans le sens de l'écoule-

ment. Cette valeur prédéfinie est réglée de façon à ce

que la situation décrite intervienne dans le fonctionne-

ment en accompagnement du moteur à combustion interne (clapet d'étranglement) et/ou dans le fonctionnement en faible charge partielle (clapet très peu ouvert). Cette valeur prédéfinie peut également être formée par une combinaison logique de ces grandeurs caractéristiques

de fonctionnement.

D'autres caractéristiques de l'invention permettent d'envisager des compléments avantageux et des

améliorations du moteur à combustion interne défini ci-

dessus. Une forme de réalisation avantageuse de 5.-

l'invention est obtenue en ce que pour chaque nième program-

me d'allumage, la partie des cylindres allumée et la par-

tie des cylindres non allumée est composée de façon dif-

férente à partir de la totalité des cylindres, n étant un nombre entier quelconque. Grâce à ces dispositions, la partie des cylindres en fonctionnement, c'est-à-dire des cylindres allumés, se répartit sur le nombre total des cylindres existants. Chaque fois au moins un cylindre

précédemment allumé n'est pas allumé dans le programme d'al-

lumage immédiatement suivante, et un cylindre précédemment

non allumé est allumé dans ce programme suivant. On évi-

te ainsi que des températures inégales de chambres de

combustion s'instaurent dans les cylindres, et en combi-

naison avec une forme de réalisation de l'invention se-

lon laquelle, la soupape de régulation est disposée dans une dérivation pontant le clapet d'étranglement, on empêche

que les différentes tubulures d'aspiration vers les cy-

lindres se dessèchent, ce qui rendrait problématique un rétablissement de l'allumage du mélange. On est en

outre assuré qu'il n'arrive pas de carburant dans l'huile.

Une forme avantageuse de l'invention est obtenue en ce que la soupape de régulation est disposée

dans une dérivation pontant le clapet d'étranglement.

Grâce à la disposition de la soupape de régulation ex-

clusivement sur le c8té air frais avant les cylindres

du moteur à combustion interne, la dépense de construc-

tion pour cette soupape de régulation est notablement réduite, car il n'est pas nécessaire qu'elle soit prévue pour les exigences de charge très élevées, comme lorsque,

conformément à la forme de réalisation de l'invention se-

lon laquelle la soupape de régulation est en communication

côté sortie avec le tronçon du canal des gaz d'échappe-

ment se raccordant aux cylindres, cette soupape reçoit, c8té sortie, les gaz d'échappement chauds dans le canal des gaz d'échappement. En outre, les cylindres allumés 6.- sont remplis d'air d'une façon notablement plus intense

que cela n'est possible autrement en fonctionnement d'ac-

compagnement, ce qui facilite à nouveau l'altération

souhaitée du rendement.

L'invention va être exposée plus en détail

dans la description ci-après en se référant aux exemples

de réalisation représentés sur les dessins ci-joints, dans lesquels:

- les figures 1 et 2 représentent respecti-

vement schématiquement un moteur à turbo-compresseur.

Le moteur à turbo-compresseur esquissé

seulement schématiquement sur la figure 1, en tant qu'exem-

ple d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres avec injection de carburant, comporte un bloc moteur 10

avec quatre cylindres qui sont indiqués sur le bloc mo-

teur et désignés par les références 11 à 14. Ces cy-

lindres 11 à 14 sont reliés à une installation d'alluma-

ge 15 qui, en fonction de la position de l'arbre de vile-

brequin allume, dans chaque révolution de cet arbre de

vilebrequin, les cylindres 11 à 14. Un dispositif d'in-

jection de carburant 16 amène aux différents cylindres

11 à 14 une quantité de carburant dosée, qui est injec-

tée dans les cylindres 11 à 14 par l'intermédiaire de soupapes d'injection, non représentées. Le bloc moteur 10 aboutit à un canal d'aspiration 17, qui débouche dans

des tubulures d'aspiration 171 à 174 aboutissant aux dif-

férents cylindres 11 à 14. De ces cylindres, partent des

tubulures de gaz d'échappement 181 à 184 qui sont rassem-

blées en un canal des gaz d'échappement 18. Un turbo-

compresseur 20 est constitué d'une façon connue, d'un com-

presseur 21 et d'une turbine 22 reliée à ce compresseur

21 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement 23.

Comme d'habitude, le compresseur 21 est disposé dans le canal d'aspiration 17, tandis que la turbine 22 est disposée dans le canal des gaz d'échappement 18. Une 7.- soupape 19 de régulation de la pression d'alimentation est branchée en amont de la turbine 22 dans le canal

des gaz d'échappement 18, soupape grâce à laquelle le dé-

bit des gaz d'échappement amenés à la turbine 22 en fonc-

tionnement à pleine charge, peut être régléo Le tronçon du canal des gaz d'échappement 18 partant de la turbine

22 débouche dans une tubulure d'échappement 24.

Dans le canal d'aspiration 179 un clapet d'étranglement 25 susceptible d'être commandé,S est disposé en amont des tubulures d'aspiration 171 à 1749 ce clapet reduisant la pression d'aspiration P,1 régnant dans le canal d'aspiration 17 à une pression P22 dans la tubulure d'aspirationo Selon la charge du moteur, le clapet d'étranglement 25 libère une section transversale plus ou moins importante du canal deaspiration 17 pour le passage de l'air d'aspiration, de sorte que la pression P22 dans la tubulure d'aspiration prend en conséquence des valeurs différentes. Le clapet d'étranglement 25

est ponté par une dérivation 26 qui débouche, d'une part.

dans le tronçon du canal des gaz d'échappement 18, dé-

limité par le clapet d'étranglement 25 et le compresseur 21, et d'autre part, dans le tronçon du canal des gaz d'échappement 18 délimité par le clapet d'étranglement 25 et les diffg'entes tubulures d'aspiration 171 à 174e Dans la dérivation 26, est disposée une soupape de régulation

27 commandée pneumatiquement ou bien électriquement.

Cette soupape de régulation 27, est constituée de façon

qu'elle soit normalement fermée et qu'elle s'ou-re lors-

que la pression p22 qui règne dans le canal d'aspiration 17 en aval du clapet d'étranglement 25, c'est-à-dire dans le tronçon du canal d'aspiration 17 entre le clapet d'étranglement 25 et les tubulures d'aspiration 171 à 174, est inférieure à une valeur prédéfinie, Cette valeur prée définie est alors réglée de façon qu'elle soit franchie vers le bas par la pression P22 dans le fonctionnement 8.- en poussée ou bien pour une charge partielle réduite, c'est-à-dire lorsque le clapet d'étranglement 25 est complètement ou bien presque complètement fermé. Une unité de commande 28 reliée à la soupape de régulation 27, au clapet de commande 25, à l'installation d'allumage 15 et au dispositif d'injection de carburant 15, influence

l'allumage des différents cylindres 11 à 14 et l'injec-

tion du carburant de la façon décrite ci-après: Si, alors que le clapet d'étranglement 25 est complètement ou bien presque complètement fermé,

(fonctionnement en accompagnement ou bien à charge par-

tielle réduite), la pression P22 en amont des tubulures

d'aspiration 171 à 174 est inférieure à la valeur prédé-

finie, la soupape de régulation 27 s'ouvre. De ce fait, de l'air d'aspiration arrive avec la pression P21 par l'intermédiaire des tubulures d'aspiration 171 à 174 aux

cylindres 11 à 14. Par l'intermédiaire de l'unité de com-

mande 28, pendant chaque programmed'allumage, une partie des cylindres 11 à 14, par exemple les cylindres 11 à 13 ne sont pas allumés, et la partie restante des cylindres 11 à 14, par exemple le cylindre 14 n'est allumé qu'à un instant extrêmement tardif. Dans le cylindre allumé 14, une quantité déterminée de carburant est injectée par le dispositif d'injection de carburant 16. Par suite de l'instant d'allumage tardif, cette quantité de carburant

brdle en même temps que l'air d'aspiration dans le cylin-

dre 14, avec un rendement mauvais, tel qu'il en résulte

peu de travail mécanique et des gaz d'échappement extrê-

mement chauds. Dans la partie restante des cylindres non allumés 11 à 14, c'est-à-dire dans ce cas, les cylindres

11 à 13, il est injecté au total une quantité de carbu-

rant prédéfinie, les taux d'injection pouvant Itre alors différents dans les différents cylindres 11 à 13. L'air non brdlé dans les cylindres 11 à 13 et la quantité de carburant non bralée, parviennent dans le canal des gaz 9._

d'échappement 18 oh ils sont allumés par les gaz d'échap-

pement chauds sortant du cylindre 14 en fonctionnement.

Il en résulte un volume supplémentaire des gaz d'échappe-

ment qui alimente la turbine 22 et qui maintient celle-

ci, même en fonctionnement d'accompagnement du moteur, à une vitesse de rotation suffisamment importante pour assurer une pression d'alimentation suffisante. Ce volume supplémentaire des gaz d'échappement peut être dosé de façon très précise en dosant la quantité de carburant injectée dans les cylindres non allumés, dans ce cas,

les cylindres 11 à 13.

Pour éviter des températures inégales

des chambres de combustion et un dessèchement des tu-

bulures d'aspiration 171 à 174, la partie des cylindres

allumés et la partie des cylindres non allumés, est com-

posée de façon différente à partir de la totalité des cylindres 11 à 14à chaque nième programme dt'allumage, n étant alors un nombre entier quelconque, par exemple 1

Cela signifie que pendant un premier programme d'allu-

mage, c'est-à-dire pendant une révolution de l'arbre de vilebrequin, le cylindre 14 est allumé et les cylindres 1i à 13 ne sont pas allumés, et qu'au cours du programme d'allumage suivant, le cylindre 11 est allumé et les

cylindres 12 à 14 ne sont pas allumés, et ainsi de suite.

De cette façon, pour ainsi dire, le cylindre en fonc-

tionnement circule. Bien entendu, deux cylindres peuvent aussi Ctre allumés à chaque programme d'allumage, et deux cylindres ne pas être allumés, Le moteur à turbo-compresseur représenté schématiquement sur la figure 29 ne se différencie que

peu du cylindre à turbo-compresseur esquissé sur la fi-

gure 1 et précédemment décrit, de sorte que les mêmes

parties constitutives sont affectées des mêmes références.

L'unique différence consiste en ce que la dérivation 26' ne ponte pas seulement le clapet d'étranglement 25, mais 10.- le montage en série du clapet d'étranglement 25 et du bloc moteur 10, et débouche donc dans le canal des gaz d'échappement 18 et en fait dans le tronçon de ce canal des gaz d'échappement délimité par le bloc moteur 10 et la soupape 19 de régulation de la pression d'alimen- tation. Grâce à cette disposition, lorsque la soupape

de régulation 27 est ouverte, l'air aspiré avec la pres-

sion P21 arrive directement en contournant le bloc moteur dans le canal des gaz d'échappement 18. La quantité d'essence correspondante est amenée par l'intermédiaire

des cylindres non allumés, dans le canal des gaz d'échap-

pement 18. Comme dans la figure 1, un volume supplémen-

taire de gaz d'échappement pour l'entraînement du com-

presseur 22 est obtenu dans le canal des gaz d'échappe-

ment 18 jouant désormais le rôle de post-brtleur par com-

bustion du mélange carburant-air se formant dans ce canal.

L'allumage des différents cylindres 11 à 14 et l'injec-

tion de carburant dans les différents cylindres 11 à 14 s'effectuent de la même façon que celle décrite

à propos de la figure 1.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits. C'est ainsi que la soupape de régulation peut être ouverte non seulement en fonction de la pression dans le canal d'aspiration,

mais également en fonction d'autres grandeurs caractéris-

tiques du fonctionnement, telles que le débit massique

d'air dans le canal d'aspiration ou bien la vitesse d'as-

piration du moteur à turbo-compresseur ou bien du turbo-

compresseur lui-même. Il est également possible d'obtenir

la valeur prédéfinie pour laquelle la soupape de régula-

tion s'ouvre, par l'intermédiaire d'une combinaison logi-

que de l'ensemble de ces grandeurs caractéristiques de fonctionnement ou bien d'une partie d'entre elles, telles que la pression et le débit massique de l'air dans le canal d'aspiration et la vitesse de rotation du moteur à

turbo-compressetur et du turbo-compresseur lui=même.

L'invention peut être appliquée de la même

façon à un moteur à combustion interne ou bien à un mo-

i:eur à turbo-copresseur qui comporte plusieurs turbo-

compresseurs, auquel cas, un turbo-compresseur alimente respectivement un groupe de plusieurs cylindreso 12.-

RE V E N D I C A T I ONS

1.- Moteur à combustion interne à plusieurs cylindres avec une injection de carburant, notamment un moteur à compresseur, avec un canal d'aspiration d'air aboutissant aux cylindres et comportant un clapet d'étran- glement, avec un canal de gaz d'échappement partant des

cylindres, avec un turbocompresseur qui comporte un com-

presseur disposé sur le canal d'aspiration et une turbine entrainant ce compresseur disposée dans le canal des gaz

d'échappement, et avec une soupape de régulation se trou-

vant en conmrunication côté entrée avec le tronçon du ca-

nal d'aspiration délimité par le compresseur et le clapet

d'étranglement, soupape de régulation qui s'ouvre au-

dessous d'une valeur prédéfinie dérivée de grandeurs ca-

ractéristiques du fonctionnement telles que la pression ou bien le débit massique d'air dans le canal d'aspiration

ou bien la vitesse de rotation du moteur à combustion in-

terne ou du turbocompresseur, et qui délivre de l'air comburant pour obtenir un voluLme supplémentaire de gaz d'échappement vers le canal des gaz d'échappement jouant le rôle de post-brdleur, moteur à combustion interne caractérisé en ce que, avec l'ouverture de la soupape de régulation (27) une partie des cylindres (11 à 14) n'est pasaL1umée et que la partie restante des cylindres (11 à

14) lors du dosage correspondant de la quantité de carbu-

rant injectée, est allumée à un instant extrêmement tar-

dif, et que dans les cylindres non allumés 411 à 14) il

est injecté au total une quantité de carburant détermi-

nant le volume supplémentaire des gaz d'échappement.

2.- Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque nième programme d'allumage, la partie des cylindres allumée et la partie des cylindres non allumée (11 à 14) est composée de façon différente à partir de la totalité des cylindres

(11 à 14), n étant un nombre entier quelconque.

15.- 3.- Moteur à combustion interne selon l'une

quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que la soupape de régulation (27) est en communication cOté sortie avec le tronçon du canal des gaz d'échappement (18) se raccordant aux cylindres (11 à 14). 4.- Moteur à combustion interne selon l'une

quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que la soupape de régulation (27) est disposée dans une dérivation (26) pontant le clapet d'étranglement (25)