FR2925127A1 - Moteur a combustion interne du type a cylindres selectivement actifs ou inactifs avec un dispositif de controle de son alimentation en air - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un moteur à combustion interne de type à cylindres sélectivement actifs ou inactifs comportant au moins deux groupes d'au moins un cylindre (10, 12, 14, 16) et un dispositif d'alimentation en air pour lesdits cylindres.Selon l'invention, le dispositif d'alimentation comprend un dispositif d'admission d'air (62, 64) pour chaque groupe de cylindres (10, 16 ; 12, 14) et des moyens de contrôle (70, 72, 76) de la circulation de l'air dans au moins un dispositif d'admission.
Description
La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne du type à cylindres sélectivement actifs ou inactifs avec un dispositif de contrôle de son alimentation en air.
Elle concerne plus particulièrement un moteur avec au moins deux cylindres comportant des chambres de combustion dans lesquelles se réalise la combustion d'un mélange carburé. Elle vise notamment les moteurs à injection directe ou indirecte, de type Essence, mais n'écarte en aucune manière les moteurs à injection directe de type Diesel.
Généralement, un moteur à combustion interne fonctionne avec la totalité de ses cylindres, mais un tel fonctionnement dégrade son rendement lorsqu'il fonctionne à faibles charges ou à charges partielles.
Il a été déjà proposé, comme mieux décrit dans la demande de brevet français N° 2833 038, de ne faire fonctionner qu'une partie des cylindres de ce moteur et de rendre inactive la partie restante. Pour ce faire, il est prévu de couper l'injection de carburant dans le ou les cylindres que l'on souhaite désactiver.
Dans un autre type de moteur, tel que mieux décrit dans la demande de brevet français N° 2 893 676 du demandeur, la coupure de l'injection de carburant est associée à un déroulement spécifique de la séquence d'ouverture/fermeture de soupapes d'échappement et/ou d'admission des cylindres désactivés. Lors de cette séquence, au moins une des soupapes (échappement et/ou admission) du cylindre désactivé s'ouvre au voisinage d'un point mort haut de son piston et se referme au voisinage du point mort haut suivant.
Ceci permet, pour ces types de fonctionnement de moteur, de réduire de manière significative la consommation de carburant en n'injectant du carburant qu'aux seuls cylindres nécessaires à la production d'énergie tout en réduisant le rejet de polluants dans l'atmosphère.
Ce type de moteur, bien que donnant satisfaction, entraîne des inconvénients non négligeables.
En effet, des gaz d'échappement contenus dans ces cylindres désactivés peuvent être introduits dans les cylindres actifs. Ceci augmente le taux de gaz brûlés résiduels contenus dans la chambre de combustion des cylindres actifs et pénalise de ce fait la combustion du mélange carburé. Pour ces cylindres désactivés, des gaz d'échappement y sont introduits lors de la phase d'admission par ouverture de leurs soupapes d'échappement et sont envoyés au dispositif d'alimentation en air, comme le répartiteur d'admission, lors de la phase d'échappement de ces cylindres, lors de l'ouverture de la soupape d'admission.
De plus et de la même façon, de l'air provenant du répartiteur d'admission remplit le cylindre désactivé lors de l'ouverture de sa soupape d'admission et est envoyé au collecteur d'échappement quand la soupape d'échappement est ouverte pendant la phase d'échappement de ce cylindre désactivé. Ceci introduit de l'oxygène dans la ligne d'échappement du moteur, ce qui peut gêner le bon fonctionnement des moyens d'épuration des gaz d'échappement que comporte cette ligne.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus grâce à un moteur qui comporte un dispositif d'admission permettant d'isoler les cylindres désactivés des cylindres actifs.
A cet effet, la présente invention concerne un moteur à combustion interne de type à cylindres sélectivement actifs ou inactifs comportant au moins deux groupes d'au moins un cylindre et un dispositif d'alimentation en air pour lesdits cylindres, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation comprend un dispositif d'admission d'air pour chaque groupe de cylindres et des moyens de contrôle de la circulation de l'air dans au moins un dispositif d'admission.
Les moyens de contrôle de l'air peuvent comprendre un canal de 5 circulation d'air et des moyens de vannage contrôlant ledit canal de circulation.
Un dispositif d'admission d'air peut comprendre un passage de communication vers l'autre des dispositifs d'admission d'air et des moyens de vannage contrôlant ladite communication entre les dispositifs d'admission. De manière préférentielle, le moyen de vannage peut comprendre un volet papillon.
Le dispositif d'admission d'air peut comprendre un répartiteur d'admission 15 et des moyens d'admission entre ledit répartiteur et le groupe de cylindres.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : 20 - la figure 1 qui est un schéma montrant un moteur à combustion interne avec un dispositif d'admission selon l'invention ; - la figure 2 qui est aussi un schéma montrant un moteur à combustion interne avec une première variante du dispositif d'admission selon l'invention ; - la figure 3 qui illustre schématiquement un moteur à combustion interne 25 avec une deuxième variante du dispositif d'admission selon l'invention et - la figure 4 qui montre un moteur à combustion interne avec une troisième variante du dispositif d'admission selon l'invention.
Sur la figure 1 est illustré un exemple de réalisation de l'invention non 30 limitative avec un moteur à combustion interne, du type à injection directe de carburant à allumage commandé, notamment moteur de type Essence. 10 Ce moteur est plus particulièrement du type à cylindres sélectivement actifs ou inactifs.
Le moteur comporte au moins deux cylindres, ici quatre cylindres référencés 10, 12, 14 et 16 à partir de la gauche de la figure 1, répartis avantageusement en au moins deux groupes, ici deux groupes comportant chacun au moins un cylindre.
Pour la suite de la description, le premier groupe comprend les 10 cylindres 10 et 16 alors que le deuxième groupe comprend les cylindres 12 et 14.
Comme cela est généralement connu pour ce type de moteur, les cylindres de l'un des groupes de cylindres sont actifs alors que les cylindres de 15 l'autre des groupe des cylindres sont inactifs ou désactivés, pour les faibles et moyennes charges. Pour les fortes charges de ce moteur, tous les cylindres de tous les groupes de cylindres sont opérationnels.
A l'intérieur de chaque cylindre coulisse un piston (non représenté) dans 20 un mouvement rectiligne alternatif en délimitant ainsi avec le cylindre une chambre de combustion 18, 20, 22, 24 où peut se réaliser la combustion d'un mélange carburé lorsque les conditions d'une telle combustion sont réunies. Chaque cylindre comprend au moins un moyen d'échappement avec une soupape d'échappement 26, 28, 30, 32 et une tubulure d'échappement 34, 36, 25 38, 40 raccordée à un collecteur d'échappement 42 relié à une ligne d'échappement 44. Chaque cylindre comprend également au moins un moyen d'admission avec une soupape d'admission 46, 48, 50, 52 contrôlant une tubulure d'admission 54, 56, 58 et 60. 30 Les tubulures d'admission 54, 60 du premier groupe de cylindres 10, 16 sont reliées à un premier répartiteur d'admission 62 alors que les tubulures d'admission 56, 58 du deuxième groupe de cylindres 12, 14 sont connectées à un deuxième répartiteur d'admission 64. Dans l'exemple de la figure 1, chacun des répartiteurs d'admission 62, 64 comporte un moyen de contrôle de l'air du répartiteur. Ce moyen permet de contrôler la quantité d'air admise dans chacun des répartiteurs ou évacuée de chacun de ces répartiteurs. A titre d'exemple, ce moyen est un canal de circulation d'air extérieur 66, 68 muni d'un moyen de vannage, comme un volet de type papillon 70, 72, placé dans les canaux 66, 68. Pour des raisons de simplification, ce volet sera appelé, dans la suite de la description, volet d'entrée.
Par air extérieur, il est entendu, soit de l'air à pression ambiante, soit de l'air suralimenté, qui est comprimé par tous moyens connus, comme par un turbocompresseur, avant son introduction dans les chambres de combustion.
Ainsi, en fonctionnement à faibles et moyennes charges de ce moteur, un groupe de cylindres est désactivé et l'autre groupe de cylindres est opérationnel. A titre d'exemple, pour une marche du moteur selon une séquence 1, 3, 4, 2, pour laquelle le cylindre 10 est en phase de détente, puis le cylindre 14, puis le cylindre 16 et enfin le cylindre 12, le groupe comportant les cylindres 12, 14 est actif et le groupe avec les cylindres 10, 16 est inactif.
Bien entendu et cela sans sortir du cadre de l'invention, il peut être prévu une configuration symétrique où les cylindres 10, 16 sont actifs alors que les 25 cylindres 12, 14 sont inactifs.
Pour obtenir une telle désactivation, l'alimentation en carburant des cylindres 10, 16 est arrêtée et les soupapes d'admission 46, 52 et d'échappement 26, 32 suivent les lois de levées décrites plus en détail dans la 30 demande de brevet français N° 2 893 676 du demandeur. Selon ces lois, on ouvre les soupapes d'admission des cylindres désactivés au voisinage du point mort haut admission (PMHa) et on referme ces soupapes au voisinage du point mort haut détente (PMHd), les soupapes d'échappement étant maintenues en position de fermeture. Ces soupapes d'échappement s'ouvrent ensuite aux environs du PMHd et se referment au voisinage du point mort haut admission PMHa.
Le fonctionnement des cylindres actifs 12, 14 est conventionnel avec une séquence d'ouverture/fermeture classique des soupapes d'admission 48, 50 pendant la phase d'admission entre le PMHa et le point mort bas compression (PMBc). Pendant cette phase, l'air extérieur contenu dans le deuxième répartiteur 64, pour lequel la quantité introduite est contrôlée par le volet papillon 72, est admis dans les chambres de combustion 20, 22 par passage dans les tubulures d'admission 56, 58 et au travers des soupapes d'admission. Les soupapes d'admission 48, 50 et d'échappement 28, 30 sont ensuite dans une position de fermeture entre le PMBc et le PMHd ainsi qu'entre le PMHd et le point mort bas échappement (PMBe). Les soupapes d'échappement 28, 30 suivent ensuite une séquence d'ouverture/fermeture entre le PMBe et le PMHa pour évacuer les gaz brûlés résultant de la combustion du mélange carburé dans les chambres 20, 22.
Conjointement, les cylindres inactifs 10, 16, qui ne sont pas alimentés en carburant, contiennent dans leurs chambres de combustion pour l'un (cylindre 10) des gaz d'échappement réintroduits lors de la phase de détente de ce cylindre et pour l'autre (cylindre 16) de l'air qui a été introduit lors de sa phase d'admission et qui n'est pas mélangé avec du carburant. Ceci résulte des lois de levée des soupapes d'admission 46, 52 et d'échappement 26, 32, comme mentionné plus haut en relation avec la demande de brevet français N° 2 893 676. Les gaz d'échappement contenus dans le cylindre 10 sont ainsi évacués en partie vers le premier répartiteur d'admission 62 lors de l'ouverture de la soupape d'admission 46.
Pour pouvoir contrôler la quantité de gaz d'échappement admise dans ce premier répartiteur, le volet papillon 70 est actionné entre une position de pleine ouverture et de pleine fermeture pour commander le canal de circulation 66 qui sert, dans cette configuration, de sortie d'air.
Ainsi, grâce à l'invention, les gaz d'échappement contenus dans les 5 cylindres désactivés peuvent ne pas être mélangés avec l'air utilisé pour faire fonctionner les cylindres actifs 12, 14.
Pendant la phase de détente du cylindre 16 et compte tenu de la loi de levée précitée, de l'air provenant du premier répartiteur 62 est introduit dans la 10 chambre de combustion 24 au travers de la soupape d'admission 52. Avantageusement, cette quantité d'air introduite dans cette chambre peut être contrôlée par le volet papillon 70 qui commande le canal de circulation 66. Ce papillon va permettre ainsi d'admettre une quantité variable d'air dans le premier répartiteur 62 et par conséquent dans les chambres de combustion 18, 15 24 des cylindres inactifs.
De même, grâce à l'invention, lors de l'ouverture des soupapes d'échappement de ces cylindres désactivés, il ne sera introduit dans le collecteur d'échappement que la quantité d'air contenue initialement dans ces 20 chambres. Ceci a pour effet de contrôler facilement la quantité d'air introduite dans le collecteur d'échappement et d'éviter de perturber le fonctionnement des moyens d'épuration des gaz d'échappement de la ligne d'échappement.
Pour le fonctionnement conventionnel de ce moteur, notamment à pleines 25 charges, tous les cylindres 10 à 16 des deux groupes sont alimentés en air extérieur par les deux répartiteurs d'admission 62, 64 grâce à l'introduction d'air extérieur au travers des canaux d'alimentation 66, 68. La quantité d'air admise dans ces répartiteurs peut être facilement réglée par action sur les volets 70, 72. Pendant ce fonctionnement, les soupapes d'échappement et d'admission de 30 tous les cylindres 10 à 16 suivent des lois de levées usuelles et l'alimentation en carburant de tous les cylindres est réalisée.
La figure 2 illustre une variante de la figure 1 et comporte pour l'essentiel les mêmes éléments avec les mêmes références que cette figure.
Sur cette variante et comme pour la figure 1, le premier répartiteur 5 d'admission 62 relie les cylindres 10, 16 alors que le deuxième répartiteur 64 relie les cylindres 12, 14. Le deuxième répartiteur 64 comprend le canal de circulation d'air 68 muni du volet papillon 72 et un passage de communication 74, ici sous la forme d'un tube, permettant de relier l'intérieur de ce deuxième répartiteur avec l'intérieur 10 du premier répartiteur 62. Ce passage de communication est contrôlé par un moyen de vannage, comme un volet de type papillon 76, intitulé volet de communication. Ce volet de communication permet ainsi de contrôler la quantité d'air admise dans le premier répartiteur 62 ou évacuée du deuxième répartiteur, comme mieux décrit plus loin. 15 Les cylindres actifs fonctionnent comme décrit en relation avec la figure 1 avec une admission en air extérieur dans les chambres de combustion 20, 22 par le deuxième répartiteur 64 au travers des soupapes d'admission 48, 50 et un échappement de gaz brûlés vers le collecteur d'échappement 42 au travers 20 des soupapes d'échappement 28, 30.
En ce qui concerne les cylindres désactivés 10, 16, de manière à pouvoir contrôler l'introduction de gaz d'échappement contenus dans les chambres de combustion 18, 24 vers le premier répartiteur 62 et éviter leur entrée dans le 25 deuxième répartiteur 64 par le passage de communication 74, le volet de communication 76 est commandé entre une position de pleine ouverture de ce passage et une position de pleine fermeture de celui-ci.
De même, ce volet 76 est commandé d'une manière telle qu'il puisse 30 contrôler la quantité d'air introduite dans le premier répartiteur et cela à partir de l'air déjà présent dans le deuxième répartiteur.
Grâce à cette variante, il est possible de minimiser l'encrassement du volet 76 et de réduire la durée de circulation des gaz d'échappement entre les répartiteurs.
Pour le fonctionnement à pleines charges, tous les cylindres sont actifs et le volet de communication 76 de la tubulure de communication 74 est en position de pleine ouverture. De ce fait, la quantité d'air introduite dans les chambres de combustion 18 à 22, et par conséquent contenue dans les répartiteurs d'admission 62, 64, peut être réglée à partir d'un seul et unique volet papillon 72.
Dans la variante de la figure 3, la seule différence entre cette figure et la figure 2 consiste uniquement à placer le canal de circulation d'air 66 et son volet 70 sur le premier répartiteur 62 au lieu de le placer sur le deuxième répartiteur. Dans cette variante, les cylindres 10 et 16 sont actifs et les cylindres 12 et 14 sont inopérationnels. Pour faire fonctionner les cylindres actifs, de l'air extérieur est introduit dans le premier répartiteur 62 par le canal 66. Cet air est ensuite amené par les tubulures d'admission 54, 60 dans les chambres de combustion 18, 24 au travers des soupapes d'admission 46, 52. Dans cette configuration, la quantité d'air introduite dans les chambres de combustion des cylindres actifs est gérée, soit par le volet d'entrée 70 avec le volet papillon de communication 76 en position de pleine fermeture de la tubulure 74, soit par le volet papillon de communication 76 avec le volet d'entrée 70 en position de pleine ouverture du canal 66, soit par les deux volets.
De plus, le volet de communication 76 permet de contrôler les gaz d'échappement provenant des cylindres désactivés 12, 14 et qui sont contenus 30 dans le deuxième répartiteur 64.
Pour le fonctionnement à pleines charges du moteur, les étapes d'admission et d'échappement sont semblables à celles décrites en relation avec la figure 2 avec la seule différence que l'introduction d'air est réalisée par le canal de circulation 66 et son volet 70. La variante de la figure 4 est une combinaison du moteur de la figure 1 avec celui de la figure 2 ou 3.
Dans cette variante de moteur, il est donc prévu un premier répartiteur 10 d'admission 62 pour les cylindres 10, 16 avec un canal de circulation d'air 66 contrôlé par un volet d'entrée 70, un deuxième répartiteur d'admission 64 pour les cylindres 12, 14 avec un canal de circulation d'air 68 comportant un volet d'entrée 72 et une tubulure de communication 74 munie d'un volet de communication 76 entre les deux répartiteurs.
15 Le fonctionnement de ce moteur, avec les cylindres actifs 12, 14 (ou 10, 16) et les cylindres inactifs 10, 16 (ou 12, 14) pour les faibles et moyennes charges ou tous les cylindres actifs pour les fortes charges, peut être celui déjà décrit en relation avec la figure 1 avec le volet de communication 76 en position 20 de fermeture de la tubulure de communication 74. II peut aussi être celui de la figure 2 avec le volet d'entrée d'air 66 du premier répartiteur 62 en position de fermeture du canal 66. II peut aussi être celui explicité en relation avec la figure 3 avec le volet d'entrée d'air 72 du deuxième répartiteur 64 en position de fermeture du canal 68.
25 La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais englobe toutes variantes et tous équivalents. Notamment, pour éviter un gradient de températures trop important dans le moteur entre les deux groupes de cylindres, il peut être prévu d'assurer une 30 permutation dans les groupes de cylindres après un fonctionnement d'une certaine durée du moteur à faibles et moyennes charges.5
Claims (5)
1) Moteur à combustion interne de type à cylindres sélectivement actifs ou inactifs comportant au moins deux groupes d'au moins un cylindre (10, 12, 14, 16) et un dispositif d'alimentation en air pour lesdits cylindres, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation comprend un dispositif d'admission d'air (62, 64) pour chaque groupe de cylindres (10, 16 ; 12, 14) et des moyens de contrôle (70, 72, 76) de la circulation de l'air dans au moins un dispositif d'admission.
2) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de l'air comprennent un canal de circulation d'air (66, 68) et des moyens de vannage (70, 72) contrôlant ledit canal de circulation.
3) Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un dispositif d'admission d'air (62, 64) comprend un passage de communication (74) vers l'autre des dispositifs d'admission d'air (64, 62) et des moyens de vannage (76) contrôlant ladite communication entre les dispositifs d'admission.
4) Moteur à combustion interne selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen de vannage comprend un volet papillon (70, 72, 76).
5) Moteur à combustion interne selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'admission d'air comprend un répartiteur d'admission (62, 64) et des moyens d'admission (46,54; 48,56; 50,58; 52,60) entre ledit répartiteur et le groupe de cylindres.
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