FR2831602A1

FR2831602A1 - Procede de commande du remplissage d'un moteur a combustion

Info

Publication number: FR2831602A1
Application number: FR0113793A
Authority: FR
Inventors: Panagiotis Christou
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-02
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: FR2831602B1

Abstract

Procédé de commande du remplissage d'un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'on abaisse le taux de compression géométrique des cylindres par une augmentation de la pression dans les conduits d'admission en fin de phase d'admission, en fermant les conduits d'admission en amont des soupapes d'admission.

Description

PROCEDE DE COMMANDE DU REMPLISSAGE D'UN MOTEUR A
COMBUSTION
La présente invention concerne le remplissage d'un moteur à combustion.

Elle trouve une application privilégiée, mais non exclusive dans le remplissage , d'un moteur diesel suralimenté, selon un cycle de combustion spécifique, dit Cycle Miller .

Un des intérêts du Cycle Miller , est de diminuer le taux de compression effectif du moteur, en retardant la compression lors de la remontée du piston dans le cylindre. Avec la distribution variable, on peut faire du Cycle Miller , en décalant dans le temps la fermeture des soupapes d'admission. Ce décalage dégrade le rendement thermodynamique, mais permet d'injecter plus d'air dans le cylindre. Le moteur est alors suralimenté. Il a un rendement thermodynamique amoindri, mais avec la possibilité d'injecter plus d'air que dans un cycle normal. En d'autres termes, le Cycle Miller permet de baisser le taux de compression géométrique des cylindres, de sorte qu'à iso-richesse, la puissance délivrée est plus élevée.

L'adoption de la distribution variable, pour augmenter la puissance délivrée par les moteurs, permet de faire du Cycle Miller dans de bonnes conditions. Toutefois sa mise en oeuvre reste onéreuse, et on est donc conduit à rechercher d'autres solutions.

La présente invention vise à augmenter le remplissage d'un moteur à combustion, en faisant notamment du Cycle Miller sans distribution variable.

Dans ce but, elle propose de tirer parti de systèmes déjà existants sur les moteurs turbo-diesels, comme le boîtier de coupure à l'admission.

Selon un mode de réalisation de l'invention, on ferme partiellement ce boîtier à très bas régime (par exemple en dessous de 1500 tr/mn.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on ferme complètement ce boîtier juste avant la fermeture de la soupape d'admission.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de le description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 montre l'évolution de la pression instantanée dans le conduit d'admission soupape d'un moteur tournant à 1200 tr/min dans différentes conditions, - la figure 2 illustre le second mode de réalisation proposé, et - la figure 3 compare l'évolution du pourcentage de refoulement dans l'admission au cours d'un cycle dans différentes conditions de fonctionnement.

Les moteurs turbo-diesel sont généralement équipés de systèmes spécifiques tels que le boîtier de coupure, ou boîtier papillon servant à diminuer les à-coups dus à'inspiration d'air lors de l'arrêt du moteur. Sur certains modèles, on trouve également des volets dans les pipes d'admission, destinés à générer des mouvements tourbillonnaires ou swirl dans la chambre de combustion.

Comme indiqué plus haut, l'invention se propose de tirer parti de systèmes existants pour augmenter le remplissage et faire du Cycle Miller sans distribution variable. Ces systèmes peuvent être notamment le boîtier de coupure ou le volet de pipe d'admission mentionnés ci-dessus, dont il est possible de tirer profit pour diminuer ou éliminer le refoulement en fin d'admission, et en même temps faire varier le taux effectif pour faire du Cycle Miller à bas régime.

L'invention prévoit notamment de fermer légèrement le boîtier de coupure à bas régime (par exemple en dessous de 1400 tr/min), dans une plage où la perte de charge est pratiquement inexistante. Comme illustré par

les courbes (a) et (b) de la figure 1, la fermeture du boîtier de coupure a environ 30 % décale dans le temps la fluctuation de la pression dans les conduits d'admission, ce qui fait augmenter la pression en fin d'admission et limite donc le refoulement pendant cette phase (cf. courbes (e) et (f) de la figure 3).

La limitation du refoulement peut ainsi augmenter le remplissage naturel du moteur d'environ 2 % entre 1000 et 2000 tr/mn. De plus, le décalage dans le temps de la fluctuation de la pression dans les conduits d'admission augmente le taux de compression effectif et le rendement du moteur. Ces améliorations peuvent par exemple se traduire par un gain de

couple d'environ 9 %, et par un gain en consommation spécifique d'environ 7 *y O.

A titre d'exemple, si la fermeture du boîtier permet d'augmenter de 22 à 440 d'angle vilebrequin, le retard de fermeture à l'admission, ou RFA on peut diminuer le remplissage naturel du moteur à 4000 tr/min de 88 % a 81 %. Ceci permet une augmentation de pression en conservant la même pression cylindre maximum. Le taux de compression effectif peut par exemple passer de 16 à 15,9 pour un taux de compression effectif de 16. La température de charge diminue, et la mesure proposée se traduit dans ce cas, par une augmentation de puissance maximum de l'ordre de 4, 6 %, et une diminution de consommation spécifique d'environ 7 %.

Comme indiqué plus haut, l'invention propose en variante de coupler (synchroniser) la fermeture du boîtier avec la rotation du vilebrequin. Par exemple, une fermeture complète du boîtier environ 600 avant le RFA et un

début de fermeture environ 60 à 1200 avant la fermeture complète du boîtier, avec une loi d'ouverture et de fermeture par exemple de type triangulaire telle qu'illustrée par la figure 2, permet de maintenir une pression encore plus élevée dans les conduits d'admission en fin d'admission, ce qui limite davantage le refoulement dans cette phase (cf. courbe (c) de la figure 1, et (g) de la figure 3).

Avec cette variante, le gain potentiel en remplissage naturel peut facilement être de 3 % entre 1000 et 1200 tr/min, et le taux de compression effectif passer de 10,9 à 15,5, pour un taux de remplissage géométrique de 16 du moteur. Le gain sur le couple peut alors être d'environ 12 % à 13 %, et le gain en consommation spécifique d'environ 8 %.

Sans sortir du cadre de l'invention, il est également possible de tirer profit des volets de swirl variable, par exemple du type guillotine, prévus dans les conduits d'admission. On peut par exemple prévoir une fermeture complète et rapide des volets swirl (cf. courbe (d) figure 1 et (h) figure 3) avant la RFA, et un début de fermeture de 600 à 1200 avant la fermeture complète de la soupape d'admission, avec une loi de fermeture et d'ouverture triangulaire, analogue à la celle du boîtier de coupure sur la figure 2.

Cette dernière variante de l'invention permet de maintenir une pression encore plus élevée dans les conduits d'admission en fin d'admission que précédemment. Le refoulement est donc encore plus limité dans cette phase, comme le montre courbe (h) de la figure 3. Le gain potentiel en remplissage naturel peut alors être d'environ 4% à 5% entre 1000 et 1200 tr/min. Le taux de remplissage effectif passant dans cette hypothèse de

10, 9 à 15, 1, le gain en couple peut être d'au moins 18 %, et le gain en e ~gain en consommation spécifique de l'ordre de 8'10.

Comme le montre la figure 3, comparant les taux de refoulement dans l'admission sans disposition particulière (e), avec une fermeture du boîtier de coupure à 30 % (f), une fermeture complète et rapide du boîtier de coupure synchronisée à la rotation du vilebrequin (g), et une obturation complète et rapide du vole+ swirl (h), selon le même principe, l'invention permet d'augmenter le taux d'admission dans l'admission du moteur pour faire du Cycle Miller à haut régime.

En conclusion, il faut souligner que l'invention permet de faire du Cycle Miller en tirant parti de systèmes existants sur les moteurs turbodiesel, donc sans recourir à la distribution variable, dont la mise en oeuvre est relativement onéreuse par rapport à l'objectif recherché.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du remplissage d'un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'on abaisse le taux de compression géométrique des cylindres par une augmentation de la pression dans les conduits d'admission en fin de phase d'admission, en fermant les conduits d'admission en amont des soupapes d'admission.
2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ferme partiellement les conduits d'admission.
3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fermeture des conduits d'admission est de l'ordre de 30 %.
4. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fermeture des conduits d'admission est liée Na la rotation du vilebrequin.
5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on ferme complètement les conduits d'admission.
6. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ferme un boîtier de coupure à l'admission du moteur.
7. Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on ferme un volet de swirl disposé dans les conduits d'admission.

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8. Procédé de commande selon la revendication 2 ou 3 et 6, caractérisé en ce qu'on ferme le boîtier de coupure à bas régime.
9. Procédé de commande selon la revendication 4 à 8, caractérisé en ce qu'on commence à fermer des conduits d'admission entre 120 et 60 d'angle vilebrequin avant la fermeture complète des soupapes.
10 Procédé de commande selon la revendication 4 à 9, caractérisé en ce que la loi de fermeture et d'ouverture des conduits d'admission est de type triangulaire.