FR2986564A1

FR2986564A1 - Dispositif d'allumage par etincelle et stratification haute-pression pour moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2986564A1
Application number: FR1251078A
Authority: FR
Inventors: Vianney Rabhi
Original assignee: Individual
Current assignee: Vianney Rabhi Fr; MCE5 Development SA
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-09
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: JP2015521243A; JP2017078427A; KR20160104078A; CN104254678A; FR2986564B1; WO2013117857A3; EP2812547A2; CN106368838A; IN2014DN07318A; AU2013217440A1; CN104254678B; CN106401773A; CA2863474A1; JP2017078426A; WO2013117857A2; JP6083615B2; KR20140133567A; KR20160103149A

Abstract

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression (2) pour moteur à combustion interne (1) suivant la présente invention comprend : . une soupape de stratification (20) fermant un conduit de stratification (23) qui débouche dans une préchambre de stratification (79) ledit conduit débouchant aussi dans une chambre de stratification (24) reliée par un conduit d'injection de stratification (39) à la chambre de combustion (9) du moteur à combustion interne (1), ledit conduit débouchant au voisinage des électrodes protubérantes (26) d'une bougie d'allumage (25) lesdites électrodes étant positionnées dans ladite chambre de combustion ; . un actionneur de stratification (27) assurant la levée de la soupape de stratification (20) ; . une rampe de stratification (28) reliant la préchambre de stratification (79) à la sortie d'un compresseur de stratification (29) ; . un injecteur de carburant de stratification (33) ; . des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis (40).

Description

DISPOSITIF D'ALLUMAGE PAR ETINCELLE ET STRATIFICATION HAUTE-PRESSION POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention a pour objet un dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne alternatif à charge fortement diluée avec des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis dits « d'EGR externe refroidie ». Le rendement thermodynamique des moteurs thermiques à combustion interne alternatifs dépend de plusieurs facteurs parmi lesquels figurent premièrement, la durée et le phasage de la combustion destinée à élever la température des gaz emprisonnés dans la chambre de combustion après qu'ils aient été préalablement comprimés, deuxièmement, les pertes de chaleur desdits gaz au contact des parois internes dudit moteur et troisièmement, le taux de détente desdits gaz, ladite détente permettant que lesdits gaz exercent une poussée sur le piston dudit moteur de sorte à convertir en travail mécanique l'énergie calorifique libérée par ladite combustion. Le travail positif produit par la poussée desdits gaz sur ledit piston lors de leur détente est toutefois partiellement perdu avant d'être utilisé au niveau de l'arbre de sortie du moteur thermique. Ceci est dû au travail négatif - ou résistant produit par le pompage et le transfert desdits gaz dans les divers conduits et circuits d'admission et d'échappement du moteur thermique, par le frottement mécanique des pièces dudit moteur entre-elles, et par l'entraînement des accessoires et auxiliaires dudit moteur. Ainsi, à même quantité de carburant consommée, le rendement d'un moteur thermique à combustion interne alternatif est d'autant plus élevé que le travail positif produit sur le piston dudit moteur par le cycle compression-détente des gaz est important, et que dans le même temps, le travail négatif - ou résistant - produit par l'entrée dans ledit moteur et la sortie dudit moteur desdits gaz et celui produit par le mécanisme dudit moteur et par ses accessoires est faible. Pour convertir la chaleur dégagée par la combustion en travail mécanique avec le meilleur rendement possible, il est préférable que le mélange carburé introduit dans le cylindre du moteur thermique brûle rapidement, proche du point mort haut du piston dudit moteur c'est à dire, à volume quasi constant.

Ceci reste vrai aussi longtemps que la température des gaz n'atteint pas des valeurs tellement élevées que les échanges thermiques entre lesdits gaz et les parois internes de la chambre de combustion du moteur ne deviennent excessifs. Ceci reste également vrai tant que le gradient de pression engendré par la combustion ne conduit ni à un bruit excessif, ni ne provient du cliquetis. En effet, le cliquetis est une combustion spontanée des gaz qui apparait au bout d'un certain délai, sous l'effet combiné de la pression et de la température, et qui produit des ondes de pression de forte amplitude qui, elles aussi, tendent à augmenter les échanges thermiques entre lesdits gaz et lesdites parois notamment en décollant la couche d'air isolante qui recouvre la surface desdites parois. Le cliquetis est ainsi un phénomène indésirable qui réduit le rendement du moteur thermique et qui de plus tend à en détériorer les organes internes tant par surcharge thermique que par surcharge mécanique.

Parmi les principaux modes de déclenchement de la combustion dans la chambre de combustion des moteurs thermiques à combustion interne alternatifs, on distingue l'allumage par étincelle dit « allumage commandé », l'allumage spontané du carburant sur le front d'injection qui est caractéristique des moteurs à cycle Diesel, ou l'allumage par compression selon les stratégies connues sous les acronymes « CAI » pour « Controlled Auto Ignition » ou « HCCI » pour « Homogeneous Charge Compression Ignition ». La vitesse de combustion des moteurs à allumage commandé dépend principalement du rapport air/essence et de la teneur en gaz brûlés résiduels du mélange carburé introduit dans la chambre de combustion desdits moteurs, de la distance que doit parcourir la flamme pour brûler la totalité dudit mélange, et de la micro turbulence interne audit mélange, la vitesse de propagation de la flamme étant sensiblement proportionnelle à ladite turbulence.

En cycle Diesel, la vitesse de combustion est principalement déterminée par la qualité de l'injection du gazole, et par l'indice de cétane dudit gazole. En CAI ou HCCI, le taux de compression, la température initiale du mélange carburé et sa teneur en gaz brûlés, les caractéristiques du carburant utilisé et l'homogénéité de la charge sont autant de facteurs qui déterminent le déclenchement et la vitesse de la combustion. Quels que soient les modes de déclenchement de la combustion, la vitesse de ladite combustion détermine la loi de dégagement d'énergie ordinairement exprimée en degrés de rotation de vilebrequin entre début et fin de combustion, et suivant une courbe qui représente la fraction cumulée de carburant brûlé en fonction de la position angulaire du vilebrequin, degré par degré.

Quel que soit le mode de combustion des moteurs thermiques à combustion interne alternatifs, le rendement de ces derniers est pratiquement toujours plus élevé lorsque les échanges de chaleur entre les gaz chauds et les parois internes desdits moteurs sont minimaux.

On remarque que lesdits échanges sont d'autant plus faibles que l'écart de température entre lesdits gaz et lesdites parois est faible, que peu ou pas de convection turbulente n'augmente la puissance desdits échanges en plus de ceux résultant de la simple conduction thermique et du rayonnement, et que la masse volumique desdits gaz est faible. Pour réduire la différence de température entre les gaz chauds et les parois internes d'un moteur thermique à combustion interne alternatif on peut soit hausser la température desdites parois, soit abaisser la température desdits gaz. Toutefois, ces deux dispositions trouvent rapidement leur limite dans l'amélioration du rendement des moteurs thermiques à combustion interne à allumage commandé alternatifs. En effet, augmenter la température des parois internes de la chambre de combustion d'un moteur thermique à combustion interne alternatif présente l'inconvénient de réduire la capacité à se remplir de ce dernier : l'air frais ou le mélange gazeux qui entre en contact avec lesdites parois chaudes se dilate instantanément, ce qui diminue le rendement volumétrique dudit moteur en phase d'admission, et ce qui réduit son rendement global. De plus, l'air frais ou mélange gazeux ainsi surchauffé rend le moteur plus sensible au cliquetis ce qu'il faut compenser soit en prévoyant un taux de compression-détente plus faible, soit en prévoyant un allumage plus tardif, ces deux dispositions réduisant également le rendement dudit moteur. Diverses expériences ont été faites pour augmenter la température des parois internes de la chambre de combustion comme l'atteste par exemple le moteur dit « adiabatique » à chambre de combustion et cylindres en céramique, réalisé par la société « Toyota ». Ce moteur offre des avantages en rendement très limités, notamment parce que finalement la température trop élevée de ses parois tend à augmenter les pertes thermiques des gaz auxdites parois comparativement à d'autres moteurs dont les parois plus froides sont plus favorables au maintien et à l'efficacité de la fine couche d'air isolant qui recouvre les parois interne de tout moteur thermique à combustion interne alternatif. Pour ces raisons, les moteurs dits « adiabatiques » n'ont pas dépassé le stade expérimental. En alternative à l'augmentation de la température des parois internes de la chambre de combustion, il est possible de réduire la température des gaz en les diluant soit avec de l'air additionnel, soit avec des gaz d'échappement préalablement refroidis ou non, ces derniers étant issus du cycle ou des cycles précédent(s). Diluer la charge en air-carburant introduite dans la chambre de combustion d'un moteur thermique à combustion interne alternatif avec un gaz qui ne participe pas à la combustion permet d'augmenter la capacité calorifique totale de ladite charge pour en abaisser la température moyenne à même énergie libérée par ladite combustion. En outre, quel que soit le gaz diluant utilisé, celui-ci participe à convertir la chaleur dégagée par la combustion en travail mécanique. Cependant, s'agissant des moteurs à allumage commandé par étincelle, la propagation de la flamme dans un mélange exagérément pauvre en carburant ou pauvre en oxygène est soit trop lente, soit impossible. Ceci conduit soit à une baisse de rendement thermodynamique car la combustion s'opère exagérément à volume non-constant, soit à de fortes instabilités de combustion, soit à des ratés d'allumage. Pour diluer la charge introduite dans le cylindre d'un moteur thermique à combustion interne alternatif à allumage commandé sans trop subir ces derniers inconvénients, une alternative consiste à stratifier ladite charge, c'est à dire, à réaliser une poche de mélange air-carburant brûlable centrée autour du point d'allumage dudit moteur, ladite poche étant entourée d'un mélange pauvre en carburant car fortement dilué avec de l'air frais et/ou des gaz d'échappement dans des proportions telles que ledit mélange pauvre reste en majorité brûlable.

Ladite poche est notamment formée par les mouvements des gaz qui ont lieu à l'intérieur de la chambre de combustion dudit moteur, lesdits mouvements étant notamment induits par la géométrie des conduits d'admission dudit moteur et par celle des parois de ladite chambre, de même que par la dynamique et la forme du jet de carburant injecté directement dans ladite chambre. Cette stratégie dénommée « charge stratifiée » nécessite donc usuellement de recourir à l'injection directe d'essence et conduit à une charge riche en carburant autour du point d'allumage, pauvre en carburant dans la zone restante, et globalement riche en oxygène, ce qui pose divers problèmes sur les moteurs modernes, notamment tenant compte des réglementations relatives aux émissions de polluants.

En effet, ladite charge ainsi stratifiée doit contenir suffisamment d'oxygène pour sa partie située autour du point d'allumage afin de garantir le bon déclenchement de la combustion, et suffisamment d'oxygène pour sa partie restante afin d'assurer le bon développement de ladite combustion et sa propagation à tout le volume de la chambre de combustion du moteur, y-compris dans les zones pauvres en carburant. L'excès d'oxygène qui caractérise le fonctionnement des moteurs à charge stratifiée selon l'état de l'art rend inopérante la réduction des oxydes d'azote par catalyse 3-voies ordinairement utilisée pour post traiter les gaz d'échappement des moteurs à allumage commandé. Pour compenser ce problème lié à la fois aux moteurs à charge stratifiée et aux moteurs à mélange pauvre fonctionnant en excès d'oxygène, il faut recourir à des systèmes de post traitement des oxydes d'azotes en milieu oxydant tels que les pièges à NOx ou la SCR (réduction catalytique sélective), lesdits systèmes étant particulièrement coûteux, sensibles à la qualité des carburants et à leur teneur en soufre, lourds et encombrants.

On remarque que parmi les problèmes liés à la charge stratifiée on compte l'injection directe tardive du carburant nécessaire à la formation d'une poche riche en carburant centrée autour du point d'allumage, ladite injection tardive conduisant à une importante production de particules fines néfastes pour la santé.

Un autre problème lié à la charge stratifiée est sa plage de fonctionnement trop limitée aux faibles charges ce qui en limite l'efficacité à réduire la consommation des véhicules automobiles en utilisation courante, particulièrement s'agissant de ceux équipés d'un moteur de cylindrée petite relativement à leur poids.

Ce dernier problème lié au post traitement des oxydes d'azotes en milieu oxydant peut être contourné en commandant l'allumage de la charge non plus par étincelle, mais par compression tel que le proposent les stratégies de la CAI ou de la HCCI.

Ces stratégies d'allumage conduisent à une combustion à basse température qui ne produit pratiquement pas d'oxydes d'azote et donc, qui permet de fortement diluer la charge avec de l'oxygène excédentaire et/ou des gaz brûlés initialement produits lors du ou des cycles précédent(s) sans avoir à post traiter lesdits oxydes. N'étant pas déclenchée par une étincelle, la combustion en CAI ou HCCI permet de s'affranchir des contraintes de propagation de flamme à partir d'un seul point d'allumage, l'initialisation de la combustion s'opérant spontanément en une multitude de points. En revanche, ladite CAI ou HCCI est particulièrement sensible à toute variation de l'un ou plusieurs des paramètres qui en permettent le fonctionnement, qu'il s'agisse par exemple de la température initiale de la charge, du taux de compression effectif auquel elle est soumise, de la qualité du carburant qu'elle contient, ou de sa teneur en gaz brûlés. La combustion en CAI ou HCCI génère également un gradient de pression élevé car elle est extrêmement rapide, et elle produit de ce fait des émissions acoustiques désagréables.

En outre, à l'instar de la charge stratifiée, la CAI ou HCCI ne fonctionne qu'à charges relativement faibles, ce qui en limite l'efficacité à réduire la consommation des véhicules automobiles en utilisation courante, particulièrement s'agissant de ceux équipés d'un moteur de cylindrée petite relativement à leur poids. Une alternative à la charge stratifiée ou au mélange pauvre homogène en excès d'oxygène consisterait à remplacer l'oxygène excédentaire introduit dans la charge par des gaz brûlés re-circulés issus du ou des cycle(s) précédent(s) selon la stratégie bien connue de l'homme de l'art sous l'acronyme anglo-saxon EGR qui signifie Exhaust Gas Recirculation. Le problème de l'EGR est que si elle non refroidie (EGR interne), elle augmente la sensibilité du moteur thermique au cliquetis ce qui nuit au rendement de ce dernier, si ladite EGR est préalablement refroidie dans un échangeur de température (EGR externe refroidie), le déclenchement et la propagation de la flamme deviennent hasardeux et instables. Dans tous les cas, l'EGR se combine difficilement avec la stratification dont les zones pauvres deviendraient non brûlables. Comme exposé précédemment, il est préférable que la charge de mélange carburé introduite dans le cylindre de tout moteur thermique à combustion interne alternatif brûle rapidement, proche du point mort haut du piston dudit moteur c'est à dire, à volume quasi constant, et avec le moins possible de pertes thermiques aux parois. S'agissant des moteurs à allumage commandé, brûler rapidement ladite charge est contradictoire avec l'objectif de diluer cette dernière avec un gaz ne participant pas à sa combustion pour réduire les pertes thermiques aux parois internes desdits moteurs, car un tel gaz tend à réduire la vitesse de propagation de la flamme dans le volume contenant ladite charge. Pour restaurer une vitesse de propagation de ladite flamme plus grande, on peut augmenter la turbulence interne du mélange carburé, mais ladite turbulence ne doit pas augmenter exagérément les échanges convectifs qui accroissent les pertes thermiques aux parois contrairement à l'effet recherché par la dilution de la charge.

Une autre stratégie pour restaurer ladite vitesse de propagation peut consister en augmenter le taux de compression du moteur thermique à combustion interne dans l'objectif d'augmenter la densité et l'enthalpie de la charge, ces deux facteurs étant favorables à ladite vitesse.

Cependant, cette stratégie s'applique difficilement aux moteurs à taux de compression fixe sur lesquels prévoir un taux de compression définitivement élevé limite le couple à bas régimes, ce qui augmente la consommation moyenne des véhicules automobiles.

Dans ce contexte, les moteurs thermiques à combustion interne à taux de compression variable présentent l'avantage déterminant d'autoriser l'augmentation contrôlée de leur taux de compression lorsque la charge introduite dans leur(s) cylindre(s) est fortement diluée - particulièrement lorsque lesdits moteurs fonctionnent à charges partielles - et d'autoriser la réduction dudit taux lorsque leur charge est plus élevée et/ou moins diluée.

A ce titre, lesdits moteurs à taux de compression variable permettent de brûler des charges fortement diluées avec des gaz d'échappement avec de faibles coefficients de variation cyclique, c'est à dire avec de faibles écarts de vitesse de combustion d'un cycle à l'autre et d'un cylindre à l'autre.

Toutefois, on note qu'un taux de compression élevé est défavorable à la transformation des mouvements macroscopiques de la charge en turbulence fine au point mort haut du piston dudit moteur, ladite turbulence étant favorable à la propagation rapide de la flamme dans le mélange carburé.

Pour corriger ce problème, on peut prévoir de réaliser une chambre de combustion à chasse dite aussi chambre à « squish » selon le terme anglo-saxon correspondant, une telle chambre produisant une forte turbulence lorsque le piston arrive au voisinage de son point mort haut.

Le problème des chambres à chasse est toutefois qu'elles nécessitent de fortement rapprocher le piston de la culasse ce qui comporte un risque de collision entre ledit piston et ladite culasse, et que l'effet de chasse recherché ne s'opère qu'au voisinage du point mort haut, c'est à dire relativement tard par rapport au moment du déclenchement de l'allumage de la charge par étincelle.

Un autre défaut des chambres à chasse est qu'elles favorisent fortement les échanges thermiques entre les gaz et les parois internes de la chambre de combustion.

A la lumière de ce qui a été exposé, il y aurait un avantage évident à pouvoir réaliser la combustion rapide de charges stoechiométriques fortement diluées avec de l'EGR externe refroidie et dont les produits polluants peuvent être post-traités via un catalyseur 3-voies et ceci, sans excès de turbulence contraire à la réduction des pertes thermiques aux parois recherchée via la dilution de ladite charge par ladite EGR. Il y aurait également un avantage évident à ce que la combustion desdites charges stoechiométriques fortement diluées s'opère sur la plage de fonctionnement du moteur thermique la plus étendue possible.

C'est pour atteindre cet objectif, pour résoudre les divers problèmes précédemment évoqués liés à l'état de l'art des moteurs à combustion interne, et pour permettre une exploitation économique, propre et économe en carburant desdits moteurs que le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne alternatif à charge fortement diluée prévoit, suivant l'invention et selon un mode particulier de réalisation : - De réaliser une poche de mélange gazeux air-carburant stoechiométrique formant une charge dite « pilote », de petit volume et de faible masse, à faible teneur en EGR, la plus centrée possible autour du point d'allumage, localement turbulente même en fonctionnement à taux de compression élevé, produite au moment le plus opportun pendant la phase de compression, puis enflammée par un arc électrique produit entre les électrodes d'une bougie d'allumage. Ceci afin : - D'utiliser la combustion de ladite charge pilote pour assurer l'allumage et la combustion sur une large plage de fonctionnement des moteurs à combustion interne alternatifs d'une charge stoechiométrique dite « principale », préalablement préparée en phase d'admission et/ou de compression et fortement diluée avec de l'EGR externe refroidie fournie par un dispositif de piquage des gaz d'échappement coopérant avec un refroidisseur. Avec comme effet : - De générer une turbulence localement forte à l'intérieur de la charge pilote qui entoure le point d'allumage et à l'interface entre ladite charge pilote et la charge principale, de sorte à favoriser le développement rapide d'un large front de flamme dans l'espace tridimensionnel de la chambre de combustion, tout en conservant une turbulence globalement modérée à l'intérieur de ladite charge principale afin de limiter les échanges thermiques convectifs entre les gaz chauds de ladite charge principale et la paroi interne de ladite chambre ; Et avec pour résultats : 10 - - - 15 - - 20 25 - 30 - 35 De rendre possible la combustion de charges stoechiométriques à très haute teneur en EGR externe refroidie ; De promouvoir la combustion rapide, régulière et proche de l'isochore desdites charges stoechiométriques ; De bénéficier du rendement énergétique élevé de la charge stratifiée opérée en excès d'air, mais via la stratification de charges stoechiométriques fortement diluées avec de l'EGR externe refroidie, de sorte à permettre le post-traitement des polluants produits par la combustion via un simple catalyseur 3-voies évitant ainsi le recours à de coûteux, lourds et encombrants pièges à NOx ou dispositifs de réduction catalytique sélective (SCR) ; D'élargir fortement la plage de charge de fonctionnement et d'effet vertueux sur le rendement de la stratification, depuis les plus basses charges jusqu'à des charges relativement élevées voire très élevées ; De réduire significativement la consommation de carburant de tous véhicules automobiles, y-compris ceux peu puissants ou ceux hybrides thermique-électrique sur lesquels des stratégies telles que la réduction de cylindrée connue sous l'appellation anglo-saxonne « downsizing », ou la désactivation de cylindres n'ont que peu ou pas d'effet positif sur la performance énergétique, et ladite réduction de consommation n'étant pas obtenue selon l'invention grâce à la relocalisation du fonctionnement du moteur sur ses plages de régime-charge offrant le meilleur rendement énergétique, mais grâce à l'augmentation du rendement énergétique de la quasi totalité de la plage de fonctionnement dudit moteur ; De rendre moins nécessaire les taux de downsizing élevés des moteurs pour réduire la consommation moyenne des véhicules automobiles, lesdits taux de downsizing élevés augmentant significativement le prix de revient desdits véhicules notamment à cause des systèmes de suralimentation à hautes performances qui sont alors nécessaires ; De permettre la réalisation de moteurs de très petite cylindrée unitaire à haut rendement énergétique, notamment en réduisant l'effet néfaste sur leur rendement thermodynamique du rapport surface/volume élevé de leur chambre de combustion ledit rapport conduisant à des pertes thermiques élevées, ceci étant obtenu selon l'invention grâce à une réduction significative de la température moyenne de la charge desdits moteurs induite par la forte dilution de ladite charge avec de l'EGR externe refroidie, ladite dilution réduisant naturellement lesdites pertes thermiques desdits moteurs ; - De permettre un fonctionnement à taux de compression élevé des moteurs afin d'en augmenter le rendement thermodynamique, ceci étant rendu possible d'une part, grâce à une résistance au cliquetis élevée de la charge principale vu son taux de dilution élevé avec de l'EGR externe refroidie, et d'autre part, grâce à une résistance au cliquetis élevée de la charge pilote vue sa proximité avec le point d'allumage et sa combustion rapide qui en découle ; - De réduire naturellement les pertes par pompage des moteurs, l'introduction massive d'EGR externe refroidie dans leur(s) cylindre(s) ayant pour effet d'augmenter la pression d'admission desdits moteurs et donc, d'ouvrir davantage leur papillon des gaz sur un même point de fonctionnement, et ladite réduction naturelle des pertes par pompage rendant moins impérieux le recours à de complexes et coûteux dispositifs de levée variable de soupapes d'admission pour réduire lesdites pertes ; - D'éviter l'injection d'essence tardive durant la phase de compression qui caractérise le fonctionnement des moteurs à charge stratifiée fonctionnant en excès d'air, de sorte à éviter la production massive de particules fines durant la combustion et ainsi, de sorte à éviter le recours à un couteux et encombrant filtre à particules pour assurer le post- traitement desdites particules fines ; - De rendre possible la stratification de la charge avec un système d'injection d'essence multi points en alternative à l'injection directe d'essence ordinairement utilisée pour stratifier la charge, cette dernière injection étant plus complexe et plus onéreuse ; - De s'affranchir des contraintes géométriques internes à la chambre de combustion et au(x) conduit(s) d'admission et/ou de s'affranchir des contraintes de positionnement et de forme de jet d'injecteur qu'induit nécessairement la mise en oeuvre de la charge stratifiée selon l'état de l'art, lesdites contraintes découlant de la nécessité de réaliser une poche brûlable approximativement centrée autour du point d'allumage et conduisant à diverses stratégies d'aérodynamique interne à la chambre de combustion et au(x) conduit(s) d'admission principalement connues sous les termes anglo-saxon « wall-guided », « air-guided » ou « sprayguided », et la quasi disparition de ces contraintes grâce au dispositif d'allumage selon l'invention laissant plus de liberté pour dessiner ladite chambre et lesdits conduits ; - De rendre possible la stratification de charges fortement diluées avec de l'EGR externe refroidie sur des moteurs de petite cylindrée unitaire dont premièrement, le petit alésage est difficilement compatible voire non compatible avec l'injection directe qui nécessite une distance minimale entre la source du jet d'injection et les parois de la chambre de combustion, dont deuxièmement, la charge moyenne en utilisation courante est potentiellement trop élevée pour tirer un bénéfice suffisant des avantages de la charge stratifiée opérant en excès d'oxygène dont le fonctionnement est trop circonscrit aux basses charges, ou dont troisièmement, le prix de revient global de ladite charge stratifiée et des dispositifs de post-traitement associés est trop élevé par rapport à la catégorie de véhicules à laquelle s'adressent lesdits moteurs ; - D'engendrer une montée en température rapide des moteurs notamment grâce au refroidissement des gaz d'échappement recirculés via un échangeur de température air/eau lequel réchauffe l'eau de refroidissement desdits moteurs, et ladite montée en température rapide permettant notamment de réduire la viscosité de l'huile de lubrification desdits moteurs et les pertes par frottement associées ceci ayant pour effet de réduire la consommation de carburant des véhicules automobiles lorsqu'ils sont utilisés pour effectuer des parcours courts commencés par un démarrage à froid desdits moteurs, ladite montée en température rapide ayant aussi pour avantage d'améliorer le confort des passagers desdits véhicules grâce à une montée en température plus rapide de l'habitacle desdits véhicules en période hivernale ; - De réduire fortement la consommation d'essence et les émissions associées de dioxyde de carbone de tous véhicules automobiles, à prix de revient maîtrisé. Il est précisé que le dispositif d'allumage selon l'invention peut également être utilisé sur des moteurs non-stoechiométriques opérant en excès d'oxygène.

Il est également précisé que le dispositif d'allumage selon l'invention est applicable à tout moteur alternatif à combustion interne à taux de compression et/ou cylindrée fixe(s) ou variable(s), mais qu'il offre un fonctionnement plus optimal lorsqu'il est mis en oeuvre sur un moteur ayant au moins un taux de compression variable, ce type de moteur permettant simultanément de bénéficier d'un taux de downsizing élevé grâce à une excellent rendement à très fortes charges et grâce à une capacité particulière à opérer lesdites très fortes charges y-compris sans EGR externe refroidie au moyen d'un taux de compression temporairement faible, et de bénéficier d'un taux d'EGR externe refroidie très élevé à charges faibles et intermédiaires dont la combustion est rendue possible grâce à un taux de compression temporairement élevé. Sans exclure toute autre application, le dispositif d'allumage selon l'invention est particulièrement adapté aux moteurs à combustion interne alternatifs utilisés pour propulser les automobiles. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la présente invention comprend : - au moins une soupape de stratification logée dans la culasse du moteur à combustion interne, ladite soupape étant maintenue en contact avec un siège par au moins un ressort et ladite soupape fermant une première extrémité d'au moins un conduit de stratification qui débouche dans une préchambre de stratification tandis qu'une deuxième extrémité que comporte ledit conduit débouche dans une chambre de stratification, cette dernière étant reliée par au moins un conduit d'injection de stratification à la chambre de combustion du moteur à combustion interne, ledit conduit d'injection débouchant dans ladite chambre de combustion au voisinage d'électrodes protubérantes d'une bougie d'allumage fixée dans la culasse du moteur à combustion interne, lesdites électrodes étant positionnées dans la chambre de combustion dudit moteur ; - au moins un actionneur de stratification piloté par le calculateur ECU du moteur à combustion interne, ledit actionneur assurant la levée de son siège, le maintient en ouverture et la repose sur son siège de la soupape de stratification ; - au moins une rampe de stratification reliant la préchambre de stratification à la sortie d'un compresseur de stratification dont l'entrée est reliée directement ou indirectement à un conduit d'alimentation en air atmosphérique de stratification, ledit conduit d'alimentation, ledit compresseur et son entrée et sa sortie, ladite rampe, ladite préchambre, et le conduit de stratification formant communément un circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification, et ladite chambre faisant elle-même partie intégrante dudit circuit ; - au moins un injecteur de carburant de stratification piloté par le calculateur ECU du moteur à combustion interne, ledit injecteur pouvant produire un jet de carburant soit à l'intérieur du circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification en un endroit quelconque dudit circuit, soit à l'intérieur du conduit d'injection de stratification, soit à l'intérieur dudit circuit et dudit conduit ; - au moins des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis dits « EGR externe refroidie » pilotés par le calculateur ECU du moteur à combustion interne, lesdits moyens permettant de prélever des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement dudit moteur puis de réintroduire lesdits gaz à l'admission dudit moteur après avoir préalablement refroidi lesdits gaz au moyen d'au moins un refroidisseur.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un siège de la soupape de stratification qui présente une portée est orientée vers l'extérieur de la préchambre de stratification de sorte que l'actionneur de stratification ne peut lever ladite soupape dudit siège qu'en éloignant ladite soupape de ladite préchambre. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un siège de la soupape de stratification qui présente une portée qui est orientée vers l'intérieur de la préchambre de stratification de sorte que l'actionneur de stratification ne peut lever ladite soupape dudit siège qu'en rapprochant ladite soupape de ladite préchambre. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un actionneur de stratification qui est constitué d'au moins une bobine de fil conducteur solidaire de la culasse du moteur à combustion interne, ladite bobine attirant un noyau ou palette magnétique lorsque ladite bobine est traversée par un courant électrique, de sorte que ledit un noyau ou palette déplace en translation longitudinale la soupape de stratification avec laquelle il est relié par des moyens de poussée ou de traction de bobine. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un actionneur de stratification qui est constitué d'au moins un empilement de couches piézoélectriques dont l'épaisseur varie lorsque lesdites couches sont soumises au passage d'un courant électrique, de sorte que ledit empilement déplace en translation longitudinale la soupape de stratification avec laquelle il est relié par des moyens de poussée ou de traction d'empilement.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un empilement de couches piézoélectriques qui est relié à la soupape de stratification par l'intermédiaire d'au moins un levier qui multiplie le déplacement imprimé par ledit empilement à ladite soupape.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un actionneur de stratification qui est constitué d'un vérin pneumatique de stratification comprenant une chambre pneumatique réceptrice de stratification et un piston pneumatique récepteur de stratification, ledit piston étant solidaire de la soupape de stratification ou étant relié à cette dernière par des moyens de poussée ou de traction de piston pneumatique, tandis que ladite chambre pneumatique peut être mise en relation soit avec une réserve d'air haute pression soit à l'air libre ou avec une réserve d'air basse pression par au moins une électrovanne.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un actionneur de stratification qui est constitué d'un vérin hydraulique de stratification comprenant une chambre hydraulique réceptrice de stratification et un piston hydraulique récepteur de stratification, ledit piston étant solidaire de la soupape de stratification, ou étant relié à cette dernière par des moyens de poussée ou de traction de piston hydraulique. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une chambre hydraulique réceptrice de stratification qui peut être reliée soit à un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression, soit à un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement basse pression par au moins une électrovanne haute pression et/ou par au moins une électrovanne basse pression. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression qui est mis sous pression par une pompe hydraulique d'asservissement, ladite pompe transférant un fluide hydraulique prélevé dans le réservoir de fluide hydraulique d'asservissement basse pression pour le transférer dans ledit réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un injecteur de carburant de stratification qui est relié à un réservoir de gaz combustible sous pression.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification qui comporte un circulateur d'homogénéisation, ledit circulateur étant placé en un point quelconque dudit circuit et brassant un air atmosphérique ou un mélange gazeux que contient ledit circuit en faisant circuler ledit air ou ledit mélange au travers dudit circuit. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification qui comporte un échangeur de température air-air de chauffage du circuit d'alimentation qui réchauffe un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit en puisant de la chaleur contenue dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, ledit air ou mélange gazeux et lesdits gaz d'échappement passant simultanément au travers dudit échangeur sans se mélanger entre eux.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification qui comporte au moins une résistance électrique de chauffage du circuit d'alimentation qui réchauffe un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une surface intérieure du circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification qui est en tout ou partie revêtue d'un matériau d'isolation thermique.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification qui comporte un échangeur de température air-eau de refroidissement du circuit d'alimentation qui refroidit un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit en cédant de la chaleur contenue dans ledit air atmosphérique ou mélange gazeux à un fluide caloporteur que contient le circuit de refroidissement du moteur à combustion interne. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend chambre de stratification qui comporte au moins une entrée et/ou au moins une sortie tangentielles. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un circuit d'alimentation en air atmosphérique de la chambre de stratification qui comporte au moins une chambre de brassage qui imprime un mouvement turbulent à un mélange gazeux qui est en mouvement dans ledit circuit ou qui fait subir de rapides variations de pression audit mélange gazeux.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une rampe de stratification qui comporte au moins une soupape de décharge qui s'ouvre au delà d'une certaine pression régnant dans ladite rampe.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une rampe de stratification et/ou une sortie du compresseur de stratification et/ou une préchambre de stratification qui comporte au moins une électrovanne de décharge dont la sortie débouche à l'admission du moteur à combustion interne, ou dans un canister, ou dans un réservoir de stockage.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une sortie du compresseur de stratification qui est reliée à un accumulateur de pression qui stocke un air atmosphérique ou un mélange gazeux préalablement mis sous pression par ledit compresseur, ledit accumulateur communiquant également directement ou indirectement avec la rampe de stratification et la préchambre de stratification de sorte à maintenir sous pression ladite rampe et ladite préchambre. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis dits « EGR externe refroidie » qui sont constitués d'au moins une soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle ou d'au moins un volet de piquage d'EGR à rotation proportionnelle ou d'au moins un boisseau de piquage d'EGR à rotation proportionnelle positionnée sur le collecteur d'échappement du moteur à combustion interne, ladite soupape ou ledit volet ou ledit boisseau pouvant mettre en relation ledit collecteur avec un conduit d'alimentation en EGR externe dont l'extrémité opposée à celle qui débouche dans ledit collecteur débouche dans le plénum d'admission du moteur à combustion interne.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle ou un volet de piquage d'EGR à rotation proportionnelle ou un boisseau de piquage d'EGR à rotation proportionnelle positionné sur le collecteur d'échappement qui coopère avec au moins une soupape de contrepression échappement à levée proportionnelle ou avec un volet de contrepression échappement à rotation proportionnelle ou avec un boisseau de contrepression échappement à rotation proportionnelle que comporte l'une au moins des sorties dudit collecteur.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un refroidisseur d'EGR de stratification qui est un échangeur haute température air-eau du conduit d'alimentation en EGR externe qui refroidit les gaz d'échappement prélevés dans le conduit d'échappement du moteur à combustion interne, lesdits gaz d'échappement cédant une partie de leur chaleur à un fluide caloporteur que contient le circuit de refroidissement dudit moteur à combustion interne. - 2986564 19 Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un refroidisseur d'EGR de stratification qui est un échangeur basse température air-eau du conduit d'alimentation en EGR externe 5 qui refroidit les gaz d'échappement prélevés dans le conduit d'échappement du moteur à combustion interne, lesdits gaz d'échappement cédant une partie de leur chaleur à un fluide caloporteur que contient un circuit d'eau froide indépendant que comporte ledit moteur à combustion interne. 10 Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une chambre de stratification qui est constituée d'un évidement annulaire aménagé dans un trou cylindrique dans lequel est engagé un nez cylindrique d'étanchéité que comporte la bougie d'allumage, ledit trou débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. 15 Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un conduit d'injection de stratification qui est constitué d'au moins un canal d'injection de stratification dont une première extrémité communique avec la chambre de stratification et dont une deuxième 20 extrémité débouche entre l'intérieur du nez cylindrique d'étanchéité et un cône d'isolation central que comporte la bougie d'allumage. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un conduit d'injection de stratification qui est 25 constitué d'au moins un capillaire d'injection de stratification ménagée à l'intérieur d'une électrode centrale que comporte la bougie d'allumage de sorte que la première extrémité dudit capillaire communique avec la chambre de stratification et que la deuxième extrémité dudit capillaire débouche au niveau de l'extrémité de ladite électrode centrale. 30 Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend un conduit d'injection de stratification qui est constitué d'au moins une buse périphérique de stratification dont une première extrémité communique avec la chambre de stratification et dont une deuxième 35 extrémité débouche en périphérie de la bougie d'allumage, ladite deuxième extrémité étant dirigée approximativement vers les électrodes que comporte ladite bougie.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend au moins la soupape de stratification, le siège, le ressort, tout ou partie du conduit de stratification, la préchambre de stratification, et l'actionneur de stratification qui sont communément intégrés dans au moins une cartouche fixée sur ou vissée dans la culasse du moteur à combustion interne. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une rampe de stratification et/ou une sortie du compresseur de stratification et/ou une préchambre de stratification qui comporte au moins une soupape, vanne ou injecteur de mélange air-carburant permettant de maintenir en température le catalyseur de post traitement des polluants, ladite soupape, vanne ou injecteur pouvant transférer un mélange air-carburant depuis ladite rampe, ou depuis ladite sortie ou depuis ladite préchambre vers le conduit d'échappement du moteur à combustion interne, ledit mélange étant introduit par ladite soupape, vanne ou injecteur dans ledit conduit en un point quelconque dudit conduit placé entre la soupape d'échappement dudit moteur et ledit catalyseur dudit moteur.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression suivant la présente invention comprend une soupape, vanne ou injecteur de mélange air-carburant de maintien en température du catalyseur qui est reliée au conduit d'échappement du moteur à combustion interne par un conduit de mélange air-carburant de maintien en température de catalyseur.

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente, et les avantages qu'elle est susceptible de procurer : Figure 1 est une vue en coupe schématique du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention monté sur un moteur thermique à combustion interne alternatif.

Figures 2 et 3 sont des vues en coupe schématique du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention, soupape de stratification respectivement en position fermée puis ouverte, ladite soupape pouvant être levée de son siège par un actionneur de stratification constitué d'une bobine de fil conducteur pouvant attirer un noyau magnétique relié à ladite soupape par des moyens de poussée ou de traction de bobine.

Figures 4 est une vue en coupe schématique du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention dont la soupape de stratification peut être levée de son siège par un actionneur de stratification constitué d'un empilement de couches piézoélectriques relié à ladite soupape par des moyens de poussée ou de traction d'empilement.

Figures 5 est une vue en coupe schématique du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention dont la soupape de stratification peut être levée de son siège par un actionneur de stratification constitué d'un vérin hydraulique de stratification dont le piston hydraulique récepteur de stratification est relié à ladite soupape par des moyens de poussée ou de traction de piston hydraulique. Figure 6 illustre une première variante d'agencement des différents composants du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention, ledit dispositif étant appliqué à un moteur thermique à combustion interne alternatif à quatre cylindres en ligne suralimenté par turbocompresseur, et ladite variante comportant notamment un circulateur d'homogénéisation, une soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle et une soupape de contrepression échappement à levée proportionnelle.

Figure 7 illustre une deuxième variante d'agencement des différents composants du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention, ledit dispositif étant appliqué à un moteur thermique à combustion interne alternatif à quatre cylindres en ligne suralimenté par turbocompresseur, et ladite variante comportant notamment un accumulateur de pression qui stocke l'air atmosphérique ou le mélange gazeux mis sous pression par le compresseur de stratification, un injecteur de carburant de stratification relié à un réservoir de gaz combustible sous pression, un volet de piquage d'EGR à levée proportionnelle, et un volet de contrepression échappement à levée proportionnelle.

Figure 8 illustre une troisième variante d'agencement des différents composants du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression selon l'invention, ledit dispositif étant appliqué à un moteur thermique à combustion interne alternatif à quatre cylindres en ligne suralimenté par turbocompresseur, et ladite variante comportant notamment un échangeur de température air-air de chauffage du circuit d'alimentation en air atmosphérique, un boisseau de piquage d'EGR à levée proportionnelle, et un boisseau de contrepression échappement à levée proportionnelle. Description de l'invention On a montré en figure 1 un moteur thermique à combustion interne 1 comportant un dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 suivant la présente invention. Le moteur à combustion interne 1 comporte un bloc moteur ou carter cylindre 3 15 qui comprend au moins un cylindre de combustion 4 fermé par une culasse 8 et dans lequel se déplace un piston de combustion 5. Le piston de combustion 5 est monté articulé sur une bielle 6 reliée à un vilebrequin 7 ladite bielle 6 transmettant le mouvement dudit piston de combustion 20 5 audit vilebrequin 7 lorsque ledit piston 5 se déplace à l'intérieur du cylindre de combustion 4. La culasse 8 du moteur à combustion interne 1 comprend une chambre de combustion 9 dans laquelle débouche d'une part, un conduit d'admission 11 25 obturé ou non par une soupape d'admission 13 et communiquant avec un plénum d'admission 19 et, d'autre part, un conduit d'échappement 10 obturé ou non par une soupape d'échappement 12 et communiquant avec un collecteur d'échappement 18 et avec un catalyseur de post traitement des polluants 75. 30 Le moteur à combustion interne 1 comprend en outre un circuit de refroidissement 17 et un calculateur ECU. On a représenté en figures 1 à 8 le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 suivant la présente invention. 35 Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend au moins une soupape de stratification 20 logée dans la culasse 8 du moteur à combustion interne.

Ladite soupape est maintenue en contact avec un siège 21 par au moins un ressort 22, ladite soupape fermant une première extrémité d'au moins un conduit de stratification 23 qui débouche dans une préchambre de stratification 79 tandis qu'une deuxième extrémité que comporte ledit conduit débouche dans une chambre de stratification 24.

La chambre de stratification 24 est reliée par au moins un conduit d'injection de stratification 39 à la chambre de combustion 9 du moteur à combustion interne 1, ledit conduit d'injection 39 débouchant dans ladite chambre de combustion 9 au voisinage d'électrodes protubérantes 26 d'une bougie d'allumage 25 fixée dans la culasse 8 du moteur à combustion interne 1, lesdites électrodes étant positionnées dans la chambre de combustion 9 dudit moteur 1. Selon un mode particulier de réalisation du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 selon l'invention, ladite bougie d'allumage 25 peut être identique ou similaire à celles équipant les moteurs à combustion interne à allumage commandé telles que connues de l'homme de l'art. On remarque que le ressort 22 peut agir directement ou indirectement par le biais d'un solide ou d'un fluide sur la soupape de stratification 20, tandis qu'il peut être mécanique quelle qu'en soit la matière, travailler en flexion, en torsion ou en traction, et être par exemple une rondelle « Belleville », un ressort hélicoïdal ou à lame, une rondelle élastique ondulée ou de toute autre géométrie et être de tout type connu de l'homme de l'art.

Selon un mode particulier de réalisation, ledit ressort 22 peut également être pneumatique en utilisant les propriétés de compressibilité d'un gaz, ou hydraulique en exploitant les propriétés de compressibilité d'un fluide.

On note que le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend au moins un actionneur de stratification 27 piloté par le calculateur ECU du moteur à combustion interne 1, ledit actionneur assurant la levée de son siège 21, le maintient en ouverture et la repose sur son siège de la soupape de stratification 20. le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend aussi au moins une rampe de stratification 28 reliant la préchambre de stratification 79 à la sortie d'un compresseur de stratification 29 dont l'entrée est reliée directement ou indirectement à un conduit d'alimentation en air atmosphérique de stratification 30.

Ledit conduit d'alimentation, ledit compresseur et son entrée et sa sortie, ladite rampe, ladite préchambre, et le conduit de stratification 23 formant communément un circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24, et ladite chambre faisant elle-même partie intégrante dudit circuit.

On note que le compresseur de stratification 29 peut être de tout type connu de l'homme de l'art, que ledit compresseur soit à cylindrée fixe ou à cylindrée variable, à piston(s), à palettes, à vis lubrifiées ou non, mono-étagé, bi-étagé ou multi étagé, avec refroidissement intermédiaire ou non.

Selon le mode choisi pour réaliser le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 selon l'invention, ledit compresseur de stratification 29 peut notamment être fixé directement ou indirectement sur le moteur à combustion interne 1 et être entraîné mécaniquement par le vilebrequin 7 que comporte ledit moteur par au moins un pignon ou par au moins une chaîne ou par au moins une courroie 32 par l'intermédiaire d'une transmission à rapport fixe ou variable, ou électriquement via un alternateur entraîné par ledit vilebrequin qui produit le courant nécessaire à un moteur électrique entrainant ledit compresseur, l'énergie électrique produite par ledit alternateur étant ou non préalablement stockée dans une batterie.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend en outre au moins un injecteur de carburant de stratification 33 piloté par le calculateur ECU du moteur à combustion interne 1, ledit injecteur pouvant produire un jet de carburant soit à l'intérieur du circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 en un endroit quelconque dudit circuit, soit à l'intérieur du conduit d'injection de stratification 39, soit à l'intérieur dudit circuit et dudit conduit.

Selon un mode particulier de réalisation du dispositif selon l'invention, ledit injecteur de carburant de stratification 33 peut injecter un carburant liquide ou gazeux et peut être à étage simple ou à étages multiples, à solénoïde ou piézoélectrique, ou - de manière générale - de tout type connu de l'homme de l'art. Comme on l'a montré en figures 6, 7 et 8, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend au moins des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis 40 dits « d'EGR externe refroidie » pilotés par le calculateur ECU, lesdits moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis 40 permettant de prélever des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 10 du moteur à combustion interne 1 puis de réintroduire lesdits gaz à l'admission dudit moteur après avoir préalablement refroidi lesdits gaz au moyen d'au moins un refroidisseur 41.

Selon un certain mode de réalisation, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend une soupape de stratification 20 dont le siège 21 présente une portée qui est orientée vers l'extérieur de la préchambre de stratification 79 de sorte que l'actionneur de stratification 27 ne peut lever ladite soupape dudit siège qu'en éloignant ladite soupape de ladite préchambre (figures 2 à 5). Selon un autre mode de réalisation, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend une soupape de stratification 20 dont le siège 21 présente une portée qui est orientée vers l'intérieur de la préchambre de stratification 79 de sorte que l'actionneur de stratification 27 ne peut lever ladite soupape dudit siège qu'en rapprochant ladite soupape de ladite préchambre. Comme on l'a montré en figures 2 et 3, l'actionneur de stratification 27 peut être constitué d'au moins une bobine de fil conducteur 50 solidaire de la culasse 8 du moteur à combustion interne 1, ladite bobine attirant un noyau ou palette magnétique 51 lorsque ladite bobine est traversée par un courant électrique, de sorte que ledit un noyau ou palette déplace en translation longitudinale la soupape de stratification 20 avec laquelle il est relié par des moyens de poussée ou de traction de bobine 42.

En figure 4, on a montré que l'actionneur de stratification 27 peut être constitué d'au moins un empilement de couches piézoélectriques 52 dont l'épaisseur varie lorsque lesdites couches sont soumises au passage d'un courant électrique, de sorte que ledit empilement déplace en translation longitudinale la soupape de stratification 20 avec laquelle il est relié par des moyens de poussée ou de traction d'empilement 80. Selon une variante du dispositif selon l'invention, l'empilement de couches piézoélectriques 52 peut être relié à la soupape de stratification 20 par l'intermédiaire d'au moins un levier (non représenté) qui multiplie le déplacement imprimé par ledit empilement à ladite soupape. Ledit levier peut être constitué par exemple d'une rondelle elle-même constituée d'une succession de petits leviers reliés entre eux circulairement, chaque petit levier prenant appui sur le sommet de l'empilement de couches piézoélectriques 52 d'une part, et sur la soupape de stratification 20 d'autre part directement ou par l'intermédiaire des moyens de poussée ou de traction d'empilement 80. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2, l'actionneur de stratification 27 peut être constitué d'un vérin pneumatique de stratification (non représenté) comprenant une chambre pneumatique réceptrice de stratification et un piston pneumatique récepteur de stratification, ledit piston étant solidaire de la soupape de stratification 20 ou étant relié à cette dernière par des moyens de poussée ou de traction de piston pneumatique, tandis que ladite chambre pneumatique peut être mise en relation soit avec une réserve d'air haute pression soit à l'air libre ou avec une réserve d'air basse pression par au moins une électrovanne. Selon une autre variante que l'on a montrée en figure 5, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 peut comporter un actionneur de stratification 27 constitué d'un vérin hydraulique de stratification 36 et comprenant une chambre hydraulique réceptrice de stratification 37 et un piston hydraulique récepteur de stratification 38, ledit piston étant solidaire de la soupape de stratification 20, ou étant relié à cette dernière par des moyens de poussée ou de traction de piston hydraulique 53.

Ledit piston hydraulique récepteur de stratification 38 peut comporter des joints pour réaliser une étanchéité avec un cylindre avec lequel il coopère et la chambre hydraulique réceptrice de stratification 37 peut être reliée soit à un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression, soit à un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement basse pression par au moins une électrovanne haute pression et/ou par au moins une électrovanne basse pression. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 peut comporter un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression non représenté qui est mis sous pression par une pompe hydraulique d'asservissement, ladite pompe transférant un fluide hydraulique prélevé dans le réservoir de fluide hydraulique d'asservissement basse pression pour le transférer dans ledit réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression.

Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comporte un injecteur de carburant de stratification 33 qui peut être relié à un réservoir de gaz combustible sous pression 55 (figure 7), ledit gaz pouvant être injecté par ledit injecteur 33 et pouvant être par exemple du gaz naturel comprimé, ou tout autre gaz combustible utilisable par les moteurs thermiques à combustion interne alternatifs. Le circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 peut comporter un circulateur d'homogénéisation 56 qui est placé en un point quelconque dudit circuit et qui brasse un air atmosphérique ou un mélange gazeux que contient ledit circuit en faisant circuler ledit air ou ledit mélange au travers dudit circuit. En figures 6 et 8, on a montré un circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 qui comporte un échangeur de température air-air de chauffage 57 dudit circuit 31 qui réchauffe un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit 31 en puisant de la chaleur contenue dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1, ledit air ou mélange gazeux et lesdits gaz d'échappement passant simultanément au travers dudit échangeur 57 sans se mélanger entre eux.

Selon un mode particulier de réalisation du dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2, le circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 comporte au moins une résistance électrique de chauffage du circuit d'alimentation qui réchauffe un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit (non représenté).

On note que possiblement, la surface intérieure du circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 peut en tout ou partie être revêtue d'un matériau d'isolation thermique pouvant être de la céramique, de l'air, ou tout autre moyen d'isolation thermique connu de l'homme de l'art.

Ladite surface intérieure peut également être revêtue d'un matériau anti-adhérent comme par exemple du téflon ou tout autre revêtement connu de l'homme de l'art et permettant d'éviter la fixation sur ladite surface d'éventuels produits issus de la polymérisation du carburant circulant dans ledit circuit d'alimentation 31.

On a montré en figure 7 le circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 qui comporte un échangeur de température air-eau de refroidissement du circuit d'alimentation 58 qui refroidit un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit en cédant de la chaleur contenue dans ledit air atmosphérique ou mélange gazeux à un fluide caloporteur que contient le circuit de refroidissement 17 du moteur à combustion interne 1. Selon un mode de réalisation non représenté, la chambre de stratification 24 comporte au moins une entrée et/ou au moins une sortie tangentielles de sorte que ladite entrée et/ou sortie permette d'imprimer un mouvement tourbillonnaire à l'air atmosphérique ou au mélange gazeux provenant de la rampe de stratification 28 lorsque ledit air ou mélange est introduit dans ladite chambre. Le circuit d'alimentation en air atmosphérique 31 de la chambre de stratification 24 peut également comporter au moins une chambre de brassage, non représentée, qui imprime un mouvement turbulent à un mélange gazeux qui est en mouvement dans ledit circuit ou qui fait subir de rapides variations de pression audit mélange gazeux, ladite chambre de brassage pouvant par exemple réaliser un effet « Venturi » de sorte à favoriser l'évaporation du carburant contenu dans ledit mélange d'une part, et le brassage dudit mélange d'autre part.

Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend une rampe de stratification 28 qui peut comporter au moins une soupape de décharge 59 qui s'ouvre au delà d'une certaine pression régnant dans ladite rampe, la sortie de ladite soupape de décharge 59 pouvant déboucher - selon un mode particulier de réalisation du dispositif selon l'invention - dans le plenum d'admission 19 ou dans le circuit d'échappement 10 du moteur à combustion interne 1, ou à l'air libre (Figure 8). La rampe de stratification 28 et/ou la sortie du compresseur de stratification 29 et/ou la préchambre de stratification 79 peut également comporter au moins une électrovanne de décharge dont la sortie débouche à l'admission du moteur à combustion interne, ou dans un canister non représenté, ou dans un réservoir de stockage également non représenté. On note que ladite électrovanne peut être actionnée en ouverture lors de l'arrêt du moteur à combustion interne 1 de sorte que ledit canister ou ledit réservoir stocke l'essentiel des vapeurs d'hydrocarbures contenues dans ladite rampe de stratification 28 et/ou ladite sortie du compresseur de stratification 29 et/ou ladite préchambre de stratification 79, lesdites vapeurs étant ensuite brûlées lors d'un redémarrage ultérieur dudit moteur, ou de sorte que lesdites vapeurs soient brûlées immédiatement par ledit moteur lorsqu'elles sont expulsées à l'admission dudit moteur par ladite électrovanne. On a montré en figure 7 que la sortie du compresseur de stratification 29 peut être reliée à un accumulateur de pression 60 qui stocke un air atmosphérique ou un mélange gazeux préalablement mis sous pression par ledit compresseur, ledit accumulateur communiquant également directement ou indirectement avec la rampe de stratification 28 et la préchambre de stratification 79 de sorte à maintenir sous pression ladite rampe et ladite préchambre. Ledit accumulateur de pression 60 permet notamment de stabiliser la pression régnant dans ces organes dans le cas où - par exemple - le compresseur de stratification 29 comporte un piston unique tournant à vitesse réduite, cette configuration générant des ondes de pression de forte amplitude à l'intérieur desdits organes.

Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comporte des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis 40 dits « EGR externe refroidie » qui sont constitués d'au moins une soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle 63 (Figure 6) ou d'au moins un volet de piquage d'EGR à rotation proportionnelle 64 (Figure 7) ou d'au moins un boisseau de piquage d'EGR à rotation proportionnelle 65 (Figure 8) positionnée sur le collecteur d'échappement 18 du moteur à combustion interne 1, ladite soupape ou ledit volet ou ledit boisseau pouvant mettre en relation ledit collecteur avec un conduit d'alimentation en EGR externe 66 dont l'extrémité opposée à celle qui débouche dans ledit collecteur débouche dans le plénum d'admission 19 du moteur à combustion interne.

La soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle 63 ou le volet de piquage d'EGR à rotation proportionnelle 64 ou le boisseau de piquage d'EGR à rotation proportionnelle 65 positionné sur le collecteur d'échappement 18 coopère avec au moins une soupape de contrepression échappement à levée proportionnelle 67 (Figure 6) ou avec un volet de contrepression échappement à rotation proportionnelle 68 (Figure 7) ou avec un boisseau de contrepression échappement à rotation proportionnelle 69 (Figure 8) que comporte l'une au moins des sorties dudit collecteur. On a montré en figures 6 à 8 un refroidisseur d'EGR de stratification 41 qui est un échangeur haute température air-eau du conduit d'alimentation en EGR externe qui refroidit les gaz d'échappement prélevés dans le conduit d'échappement 10 du moteur à combustion interne 1, lesdits gaz d'échappement cédant une partie de leur chaleur à un fluide caloporteur que contient le circuit de refroidissement 17 dudit moteur à combustion interne.

On a également montré en figures 6 à 8 un refroidisseur d'EGR de stratification 41 qui est un échangeur basse température air-eau du conduit d'alimentation en EGR externe qui refroidit les gaz d'échappement prélevés dans le conduit d'échappement 10 du moteur à combustion interne 1, lesdits gaz d'échappement cédant une partie de leur chaleur à un fluide caloporteur que contient un circuit d'eau froide indépendant que comporte ledit moteur à combustion interne. On observe que ledit circuit d'eau froide peut être celui du refroidisseur d'air de suralimentation que comporte ledit moteur, un tel circuit étant connu de l'homme de l'art.

On a illustré sur les figures 3 à 5 que la chambre de stratification 24 est constituée d'un évidemment annulaire 45 aménagé dans un trou cylindrique 46 dans lequel est engagé un nez cylindrique d'étanchéité 44 que comporte la bougie d'allumage 25, ledit trou 46 débouchant dans la chambre de combustion 9 du moteur à combustion interne 1.

Comme représenté en figures 2 et 3, le conduit d'injection de stratification 39 peut être constitué d'au moins un canal d'injection de stratification 15 dont une première extrémité communique avec la chambre de stratification 24 et dont une deuxième extrémité débouche entre l'intérieur du nez cylindrique d'étanchéité 44 et un cône d'isolation central 43 que comporte la bougie d'allumage 25.

Cependant, on a montré en figure 4 que le conduit d'injection de stratification 39 est constitué d'au moins un capillaire d'injection de stratification 16 ménagée à l'intérieur d'une électrode centrale 47 que comporte la bougie d'allumage 25 de sorte que la première extrémité dudit capillaire communique avec la chambre de stratification 24 et que la deuxième extrémité dudit capillaire débouche au niveau de l'extrémité de ladite électrode centrale 47. On a illustré en figure 5 que le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression 2 comprend un conduit d'injection de stratification 39 qui est constitué d'au moins une buse périphérique de stratification 48 dont une première extrémité communique avec la chambre de stratification 24 et dont une deuxième extrémité débouche en périphérie de la bougie d'allumage 25, ladite deuxième extrémité étant dirigée approximativement vers les électrodes 26 que comporte ladite bougie.

On remarque qu'au moins la soupape de stratification 20, le siège 21, le ressort 22, tout ou partie du conduit de stratification 23, la préchambre de stratification 79, et l'actionneur de stratification 27 peuvent être communément intégrés dans au moins une cartouche fixée sur ou vissée dans la culasse 8 du moteur à combustion interne 1. On a montré en figure 8 que la rampe de stratification 28 et/ou la sortie du compresseur de stratification 29 et/ou la préchambre de stratification 79 peut comporter au moins une soupape, vanne ou injecteur de mélange air-carburant 76 permettant de maintenir en température le catalyseur de post traitement des polluants 75.

Ladite soupape, vanne ou injecteur 76 peut transférer un mélange air-carburant depuis ladite rampe 28, ou depuis ladite sortie ou depuis ladite préchambre 79 vers le conduit d'échappement 10 du moteur à combustion interne 1, ledit mélange étant introduit par ladite soupape, vanne ou injecteur 76 dans ledit conduit 10 en un point quelconque dudit conduit placé entre la soupape d'échappement 12 dudit moteur et ledit catalyseur 75 dudit moteur 1. Ledit mélange peut ainsi et si nécessaire être introduit dans ledit conduit d'échappement 10 une fois que ledit catalyseur de post traitement des polluants 75 a atteint une température de fonctionnement lui permettant au moins d'opérer avec un rendement suffisant, et ceci afin que ledit mélange soit brûlé dans ledit catalyseur 75 de sorte que ce dernier soit maintenu à une température suffisante pour qu'il conserve un bon rendement de conversion des gaz polluants en gaz non-polluants.

En ce cas, la soupape, vanne ou injecteur de mélange air-carburant 76 de maintien en température du catalyseur 75 peut être reliée au conduit d'échappement 10 du moteur à combustion interne 1 par un conduit de mélange air-carburant de maintien en température de catalyseur 77 ledit conduit de mélange 77 pouvant également comporter une canule ou bride d'isolation 78 qui évite que ledit conduit 77 n'atteigne une température trop élevée. Fonctionnement de l'invention Le dispositif d'allumage selon l'invention opère selon au moins les modes suivants : - Combustion d'une charge pilote stoechiométrique seule, la charge principale ne contenant en pratique ni oxygène ni carburant mais seulement de l'EGR externe refroidie et/ou de l'EGR interne chaude ; - Combustion d'une charge pilote stoechiométrique qui ensuite allume une charge principale stoechiométrique fortement diluée avec de l'EGR externe refroidie et/ou de l'EGR interne chaude ; - Combustion d'une charge pilote stoechiométrique qui ensuite allume une charge principale stoechiométrique peu ou pas diluée avec de l'EGR externe refroidie et/ou de l'EGR interne chaude ; - Combustion d'une charge stoechiométrique principale seule qui est fortement, peu ou pas diluée avec de l'EGR externe refroidie et/ou de l'EGR interne chaude.

Selon un mode particulier de sa réalisation et de son utilisation, le dispositif d'allumage selon l'invention fonctionne comme suit, par exemple lorsque il est mis en oeuvre sur un moteur thermique à combustion interne alternatif à quatre cylindres, comme illustré sur les Figures 6 à 8 : Phase de pressurisation de la rampe de stratification 28 : le démarrage du moteur 1 s'effectue comme s'il s'agissait d'un moteur à l'état de l'art à injection multipoints, le dispositif d'allumage 2 selon l'invention n'étant pas utilisé à ce stade, sauf s'agissant de la bougie d'allumage 25 qu'il comporte.

Etant directement entrainé par le vilebrequin 7 du moteur selon cet exemple, le compresseur de stratification 29 est mis en action en même temps que ledit vilebrequin et aspire de l'air propre prélevé en sortie du boîtier de filtration d'air 70 dudit moteur.

Selon ce mode particulier de réalisation, un injecteur 33 pulvérise du carburant à l'admission dudit compresseur de stratification 29 dans de telles proportions qu'un mélange air-essence stoechiométrique est refoulé à la sortie dudit compresseur, directement dans la rampe de stratification 28.

Parallèlement à l'action du compresseur de stratification 29, le circulateur d'homogénéisation 56 fait circuler le mélange air-essence stoechiométrique successivement au travers de la rampe de stratification 28, au travers des différentes préchambres de stratification 79 que comporte chaque cylindre de combustion 4 du moteur à combustion interne 1 comme prévu par l'invention, puis au travers du conduit retour d'homogénéisation 71 de sorte à revenir audit circulateur et à recommencer ce même circuit tant que ladite rampe 28 est pressurisée et que le moteur à combustion interne est en marche. Le brassage opéré par le circulateur d'homogénéisation 56 sert à réduire la condensation de l'essence contenue dans le mélange air-essence stoechiométrique sur les parois internes de la rampe de stratification 28 et des chambres de stratification 24, ledit mélange étant sous pression et donc, peu favorable au maintien de l'essence à l'état vapeur. Ledit brassage a également pour fonction de forcer le mélange air-essence stoechiométrique à rester homogène et à température proche de celle desdites parois ladite température étant inférieure à la température d'auto-inflammation dudit mélange, et de nettoyer lesdites parois notamment en re-diluant les éventuels résidus d'essence fixés sur lesdites parois et résultant d'usages précédents du dispositif d'allumage selon l'invention.

Sous l'action du compresseur de stratification 29, la rampe de stratification 28 monte en pression jusqu'à atteindre une pression supérieure à la pression qui règne dans la chambre de combustion 9 du moteur à combustion interne 1 lorsque le piston 5 de ce dernier atteint sa fin de course de compression, juste avant l'allumage de la charge contenue dans ladite chambre. Une fois ladite rampe pressurisée, le dispositif d'allumage selon l'invention est prêt à stratifier la charge dudit moteur, ce qui s'opère comme suit : Phase de démarrage de la stratification : Quelques degrés de rotation de vilebrequin 7 du moteur avant le déclenchement de l'allumage par étincelle de la charge stoechiométrique principale contenue dans la chambre de combustion 9 dudit moteur au moyen de la bougie d'allumage 25, un courant électrique est envoyé aux bornes de la bobine 50 de l'actionneur électrique de stratification 27 (figure 3). Le noyau magnétique 51 dudit actionneur est alors attiré par ladite bobine et se délace en direction de celle-ci en tirant sur les moyens de poussée ou de traction de bobine 42 qui le relient à la soupape de stratification 20, de sorte à lever ladite soupape de son siège 21, et de sorte à ce qu'une fraction du mélange carburé sous pression contenu dans la rampe de stratification 28 et plus précisément dans la préchambre de stratification 79 s'échappe vers la chambre de combustion 9 du moteur 1 via respectivement la chambre de stratification 24 et le conduit d'injection de stratification 39.

En s'échappant par le conduit d'injection de stratification 39, ledit mélange pénètre à vitesse élevée entre le nez cylindrique d'étanchéité 44 de la bougie d'allumage 25 et le cône d'isolation central 43 de ladite bougie. Ce faisant, ledit mélange est agité d'un mouvement turbulent tout en restant confiné dans un petit volume centré autour des électrodes 26 de la bougie d'allumage 25, ledit mélange constituant ainsi la charge pilote stoechiométrique (figure 3).

Une fois que la quantité de mélange recherchée a été transférée depuis la rampe de stratification 28 vers la chambre de combustion 9 de sorte à former la charge pilote, la bobine 50 de l'actionneur de stratification 27 cesse d'être alimentée en courant électrique par l'ECU du moteur à combustion interne 1, le noyau magnétique 51 dudit actionneur revient dans sa position initiale repoussé par le ressort 22 de la soupape de stratification 20 laquelle est simultanément reposée sur son siège 21, c'est à dire en position fermée. L'allumage de la charge pilote intervient alors, un courant haute tension étant appliqué aux bornes de la bougie d'allumage 25 de sorte à former un arc électrique entre les électrodes 26 de ladite bougie. La charge pilote étant stoechiométrique et animée d'un fort mouvement turbulent, celle-ci s'enflamme rapidement, puis constitue un volume sensiblement sphérique chaud qui se dilate rapidement sous l'effet de la température pour former un front de flamme sensiblement troncosphérique de grande surface en contact avec la charge principale, laquelle s'enflamme également rapidement car la distance restante à parcourir par la flamme pour brûler intégralement ladite charge principale est courte. Une fois établi ce mode de combustion par charge pilote et charge principale, les moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis 40 dits « EGR externe refroidie » entrent en action comme suit : Phase de dilution de la charge avec de l'EGR externe refroidie : Pour recirculer les gaz d'échappement, les moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis 40 selon l'invention et selon le présent exemple de réalisation peuvent comporter une soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle 63 positionnée sur un collecteur d'échappement 18 qui réunit les sorties d'échappement des cylindres A et B du moteur à combustion interne 1 et que comporte ledit moteur, ladite soupape de piquage 63 coopérant avec une soupape de contrepression échappement à levée proportionnelle 67 positionnée à la sortie dudit collecteur 18.

Lorsque la soupape de piquage d'EGR 63 est entièrement ouverte et ladite soupape de contrepression échappement 67 entièrement fermée, l'intégralité des gaz d'échappement des cylindres A et B est réintroduite dans le plenum d'admission 19 du moteur à combustion interne 1 via la soupape de piquage 63 et le conduit d'alimentation en EGR externe 66 ce dernier comportant un refroidisseur air/eau d'EGR externe à eau chaude 72 - c'est à dire dont l'eau est celle qui refroidit ledit moteur lui-même - dans lesquels passent lesdits gaz pour subir une première baisse de température, ces derniers passant ensuite dans un refroidisseur air/eau à eau froide 73 que contient le plenum d'admission 19 pour subir une deuxième baisse de température, ce dernier refroidisseur servant également à refroidir l'air de suralimentation dudit moteur lorsque celui-ci est suralimenté par son turbocompresseur 74 (Figure 6). Selon cette configuration et ce réglage, l'air admis à l'entrée du moteur 1 contient approximativement cinquante pourcent d'EGR et est à température supérieure de quelques degrés seulement à celle de l'air ambiant. On déduit aisément de cet arrangement qu'il est possible de faire fonctionner le moteur entre zéro et cinquante pourcent d'EGR externe refroidie en faisant varier la levée respective des soupapes de piquage d'EGR 63 et de contrepression échappement 67 que comporte le collecteur d'échappement 18 des sorties d'échappement des cylindres A et B, le taux d'EGR approprié étant à tout moment réglé par le calculateur de gestion du moteur ECU sur un critère de meilleur rendement énergétique et de limite de stabilité de combustion dudit moteur. On remarque que lorsque le turbocompresseur 74 du moteur 1 est utilisé pour suralimenter ce dernier, les soupapes de piquage d'EGR 63 et de contrepression échappement 67 sont réglées de sorte que suffisamment d'énergie soit laissée dans les gaz d'échappement pour que la turbine du turbocompresseur entraîne le compresseur centrifuge que comporte ledit turbocompresseur dans les conditions recherchées. Cette nécessité de réduire le taux d'EGR pour privilégier l'énergie disponible pour ladite turbine a d'autant moins d'impact négatif sur le rendement final du moteur si celui-ci est à taux de compression variable car en ce cas ledit moteur ne nécessite que peu ou pas d'EGR externe refroidie à pleine charge pour maîtriser le cliquetis de sa combustion et/ou pour délivrer un rendement énergétique élevé. On remarque que lorsque le moteur 1 fonctionne sous de forts taux d'EGR externe refroidie, la combustion ordinairement difficile voire impossible à initialiser en l'absence du dispositif d'allumage 2 selon l'invention est rendue possible dans de bonnes conditions par ledit dispositif. En effet, l'initialisation de la combustion de la charge principale stoechiométrique fortement diluée à l'EGR externe refroidie est assurée par le front de flamme de grande surface développé en périphérie de la charge pilote et mis en contact avec ladite charge principale. Dans ce contexte, ladite charge principale brûle rapidement sous l'effet premièrement, de la compression générée par la combustion de la charge pilote ladite compression augmentant l'enthalpie de ladite charge principale restant à brûler, deuxièmement, de la surface de contact large exposée à la flamme et troisièmement, de la distance faible restant à parcourir par ladite flamme pour brûler l'intégralité de ladite charge principale.

Etant fortement diluée avec de l'EGR externe froid, la température moyenne de la charge durant la combustion est fortement abaissée réduisant simultanément la sensibilité au cliquetis du moteur et les pertes thermiques aux parois. Il est alors possible de déclencher le début de combustion de la charge au moment optimal sur un critère de rendement maximal, et d'augmenter le taux de compression du moteur que celui-ci soit fixe ou variable, pour augmenter le rendement thermodynamique de la détente des gaz. On note que dans le cas d'un moteur à taux de compression variable, la teneur moyenne en EGR externe refroidie de la charge peut avantageusement être augmentée parallèlement au taux de compression, l'augmentation dudit taux étant simultanément favorable à la stabilité de la combustion sous fort taux d'EGR externe refroidie et au rendement thermodynamique de détente des gaz.

Il est à noter qu'une fois réalisée la phase de pressurisation de la rampe de stratification 28, les phases de stratification puis de dilution de la charge avec de l'EGR externe refroidie peuvent être différées dans le temps de sorte à laisser le carburant stocké dans ladite rampe lors du dernier usage du moteur à combustion interne 1 repasser à l'état de vapeur consécutivement à la montée en température des parois internes de ladite rampe et au brassage opéré par le circulateur d'homogénéisation 56.

Ce différé permet également de réserver temporairement toute l'énergie contenue dans les gaz d'échappement du moteur au réchauffage du catalyseur 3-voies dudit moteur avant de diluer la charge dudit moteur avec de l'EGR externe refroidie.

On observe que le dispositif d'allumage 2 selon l'invention peut autoriser le déclenchement de la combustion d'un même cycle moteur selon deux modes distincts, le premier mode étant un allumage commandé par étincelle et s'adressant à la charge pilote, tandis que le second mode est un allumage déclenché par compression selon les principes proposés par la CAI et HCCI et s'adresse à la charge principale. Selon cette stratégie d'utilisation du dispositif d'allumage 2 selon l'invention, l'EGR externe refroidie peut être en tout ou partie remplacée par de l'EGR interne chaude de sorte que soit réunies pour la charge principale les conditions de température, de pression et de composition nécessaires au bon déclenchement de sa combustion en CAI ou HCCI. On note que ledit déclenchement de la combustion d'un même cycle moteur selon lesdits deux modes distincts est mieux maîtrisable s'il est mis en oeuvre sur un moteur à taux de compression variable. Selon un mode particulier d'utilisation du dispositif d'allumage 2 selon l'invention, le moteur à combustion interne peut avantageusement comporter un dispositif pour piloter l'ouverture et/ou la fermeture et/ou la levée de ses soupapes d'admission 13 et/ou d'échappement 12, en plus ou non du taux de compression variable. Ce mode particulier d'utilisation permet notamment d'anticiper la fermeture de la soupape d'admission 13 lors de la course d'admission du piston de combustion 5 dudit moteur 1 afin d'en réduire les pertes par pompage résiduelles à faibles charges.

Cette dernière stratégie permet par exemple de prévoir un rapport volumétrique très élevé pour ledit moteur 1, dont le taux le taux de détente très élevé des gaz est favorable à un rendement thermodynamique élevé. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et quelle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre équivalent. 10

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne (1), ledit moteur comprenant une culasse (8) pourvue d'au moins une chambre de combustion (9) dans laquelle débouche un conduit d'admission (11) communiquant avec un plénum d'admission (19), et un conduit d'échappement (10) communiquant avec un collecteur d'échappement (18) et un catalyseur de post traitement des polluants (75), ledit moteur comprenant en outre un circuit de refroidissement (17) et un calculateur ECU, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une soupape de stratification (20) logée dans la culasse (8) du moteur à combustion interne (1), ladite soupape étant maintenue en contact avec un siège (21) par au moins un ressort (22) et ladite soupape fermant une première extrémité d'au moins un conduit de stratification (23) qui débouche dans une préchambre de stratification (79) tandis qu'une deuxième extrémité que comporte ledit conduit débouche dans une chambre de stratification (24), cette dernière étant reliée par au moins un conduit d'injection de stratification (39) à la chambre de combustion (9) du moteur à combustion interne (1), ledit conduit d'injection (39) débouchant dans ladite chambre de combustion (9) au voisinage d'électrodes protubérantes (26) d'une bougie d'allumage (25) fixée dans la culasse (8) du moteur à combustion interne (1), lesdites électrodes étant positionnées dans la chambre de combustion (9) dudit moteur (1) ; - au moins un actionneur de stratification (27) piloté par le calculateur ECU du moteur à combustion interne (1), ledit actionneur assurant la levée de son siège (21), le maintient en ouverture et la repose sur son siège de la soupape de stratification (20) ; - au moins une rampe de stratification (28) reliant la préchambre de stratification (79) à la sortie d'un compresseur de stratification (29) dont l'entrée est reliée directement ou indirectement à un conduit d'alimentation en air atmosphérique de stratification (30), ledit conduit d'alimentation, ledit compresseur et son entrée et sa sortie, ladite rampe, ladite préchambre, etle conduit de stratification (23) formant communément un circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24), et ladite chambre faisant elle-même partie intégrante dudit circuit ; - au moins un injecteur de carburant de stratification (33) piloté par le calculateur ECU du moteur à combustion interne (1), ledit injecteur pouvant produire un jet de carburant soit à l'intérieur du circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) en un endroit quelconque dudit circuit, soit à l'intérieur du conduit d'injection de stratification (39), soit à l'intérieur dudit circuit et dudit conduit ; - au moins des moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis (40) dits « EGR externe refroidie » pilotés par le calculateur ECU du moteur à combustion interne (1), lesdits moyens permettant de prélever des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement (10) dudit moteur puis de réintroduire lesdits gaz à l'admission dudit moteur après avoir préalablement refroidi lesdits gaz au moyen d'au moins un refroidisseur (41).
2. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le siège (21) de la soupape de stratification (20) présente une portée qui est orientée vers l'extérieur de la préchambre de stratification (79) de sorte que l'actionneur de stratification (27) ne peut lever ladite soupape dudit siège qu'en éloignant ladite soupape de ladite préchambre.
3. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le siège (21) de la soupape de stratification (20) présente une portée qui est orientée vers l'intérieur de la préchambre de stratification (79) de sorte que l'actionneur de stratification (27) ne peut lever ladite soupape dudit siège qu'en rapprochant ladite soupape de ladite préchambre.
4. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur de stratification (27) est constitué d'au moins une bobine de fil conducteur (50) solidaire de la culasse (8) du moteur à combustion interne (1),ladite bobine attirant un noyau ou palette magnétique (51) lorsque ladite bobine est traversée par un courant électrique, de sorte que ledit un noyau ou palette déplace en translation longitudinale la soupape de stratification (20) avec laquelle il est relié par des moyens de poussée ou de traction de bobine (42).
5. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur de stratification (27) est constitué d'au moins un empilement de couches piézoélectriques (52) dont l'épaisseur varie lorsque lesdites couches sont soumises au passage d'un courant électrique, de sorte que ledit empilement déplace en translation longitudinale la soupape de stratification (20) avec laquelle il est relié par des moyens de poussée ou de traction d'empilement (80).
6. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'empilement de couches piézoélectriques (52) est relié à la soupape de stratification (20) par l'intermédiaire d'au moins un levier qui multiplie le déplacement imprimé par ledit empilement à ladite soupape.
7. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur de stratification (27) est constitué d'un vérin pneumatique de stratification comprenant une chambre pneumatique réceptrice de stratification et un piston pneumatique récepteur de stratification, ledit piston étant solidaire de la soupape de stratification (20) ou étant relié à cette dernière par des moyens de poussée ou de traction de piston pneumatique, tandis que ladite chambre pneumatique peut être mise en relation soit avec une réserve d'air haute pression soit à l'air libre ou avec une réserve d'air basse pression par au moins une électrovanne.
8. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur de stratification (27) est constitué d'un vérin hydraulique de stratification (36) comprenant une chambre hydraulique réceptrice de stratification (37) et un piston hydraulique récepteur de stratification (38), leditpiston étant solidaire de la soupape de stratification (20), ou étant relié à cette dernière par des moyens de poussée ou de traction de piston hydraulique (53).
9. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre hydraulique réceptrice de stratification (37) peut être reliée soit à un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression, soit à un réservoir de fluide hydraulique d'asservissement basse pression par au moins une électrovanne haute pression et/ou par au moins une électrovanne basse pression.
10. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression est mis sous pression par une pompe hydraulique d'asservissement, ladite pompe transférant un fluide hydraulique prélevé dans le réservoir de fluide hydraulique d'asservissement basse pression pour le transférer dans ledit réservoir de fluide hydraulique d'asservissement haute pression.
11. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur de carburant de stratification (33) est relié à un réservoir de gaz combustible sous pression (55).
12. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) comporte un circulateur d'homogénéisation (56), ledit circulateur étant placé en un point quelconque dudit circuit et brassant un air atmosphérique ou un mélange gazeux que contient ledit circuit en faisant circuler ledit air ou ledit mélange au travers dudit circuit.
13. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) comporte un échangeur de température air-air de chauffage (57) du circuit d'alimentation (31) qui réchauffe un air atmosphérique ou un mélange gazeuxcontenu dans ledit circuit en puisant de la chaleur contenue dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1), ledit air ou mélange gazeux et lesdits gaz d'échappement passant simultanément au travers dudit échangeur (57) sans se mélanger entre eux.
14. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) comporte au moins une résistance électrique de chauffage du circuit d'alimentation qui réchauffe un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit.
15. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface intérieure du circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) est en tout ou partie revêtue d'un matériau d'isolation thermique.
16. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) comporte un échangeur de température air-eau de refroidissement du circuit d'alimentation (58) qui refroidit un air atmosphérique ou un mélange gazeux contenu dans ledit circuit en cédant de la chaleur contenue dans ledit air atmosphérique ou mélange gazeux à un fluide caloporteur que contient le circuit de refroidissement (17) du moteur à combustion interne (1).
17. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de stratification (24) comporte au moins une entrée et/ou au moins une sortie tangentielle(s).
18. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en air atmosphérique (31) de la chambre de stratification (24) comporte au moins une chambre de brassage qui imprime un mouvementturbulent à un mélange gazeux qui est en mouvement dans ledit circuit ou qui fait subir de rapides variations de pression audit mélange gazeux.
19. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe de stratification (28) comporte au moins une soupape de décharge (59) qui s'ouvre au delà d'une certaine pression régnant dans ladite rampe.
20. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe de stratification (28) et/ou la sortie du compresseur de stratification (29) et/ou la préchambre de stratification (79) comporte au moins une électrovanne de décharge dont la sortie débouche à l'admission du moteur à combustion interne, ou dans un canister, ou dans un réservoir de stockage.
21. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie du compresseur de stratification (29) est reliée à un accumulateur de pression (60) qui stocke un air atmosphérique ou un mélange gazeux préalablement mis sous pression par ledit compresseur, ledit accumulateur communiquant également directement ou indirectement avec la rampe de stratification (28) et la préchambre de stratification (79) de sorte à maintenir sous pression ladite rampe et ladite préchambre.
22. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de recirculation de gaz d'échappement préalablement refroidis (40) dits « EGR externe refroidie » sont constitués d'au moins une soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle (63) ou d'au moins un volet de piquage d'EGR à rotation proportionnelle (64) ou d'au moins un boisseau de piquage d'EGR à rotation proportionnelle (65) positionnée sur le collecteur d'échappement (18) du moteur à combustion interne (1), ladite soupape ou ledit volet ou ledit boisseau pouvant mettre en relation ledit collecteur avec un conduit d'alimentation en EGR externe (66) dont l'extrémité opposée à celle qui débouche dans ledit collecteur débouche dans le plénum d'admission (19) du moteur à combustion interne.
23. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 22, caractérisé en ce que la soupape de piquage d'EGR à levée proportionnelle (63) ou le volet de piquage d'EGR à rotation proportionnelle (64) ou le boisseau de piquage d'EGR à rotation proportionnelle (65) positionné sur le collecteur d'échappement (18) coopère avec au moins une soupape de contrepression échappement à levée proportionnelle (67) ou avec un volet de contrepression échappement à rotation proportionnelle (68) ou avec un boisseau de contrepression échappement à rotation proportionnelle (69) que comporte l'une au moins des sorties dudit collecteur.
24. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidisseur d'EGR de stratification (41) est un échangeur haute température air-eau du conduit d'alimentation en EGR externe qui refroidit les gaz d'échappement prélevés dans le conduit d'échappement (10) du moteur à combustion interne (1), lesdits gaz d'échappement cédant une partie de leur chaleur à un fluide caloporteur que contient le circuit de refroidissement (17) dudit moteur à combustion interne.
25. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidisseur d'EGR de stratification (41) est un échangeur basse température air-eau du conduit d'alimentation en EGR externe qui refroidit les gaz d'échappement prélevés dans le conduit d'échappement (10) du moteur à combustion interne (1), lesdits gaz d'échappement cédant une partie de leur chaleur à un fluide caloporteur que contient un circuit d'eau froide indépendant que comporte ledit moteur à combustion interne.
26. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de stratification (24) est constituée d'un évidement annulaire (45) aménagé dans un trou cylindrique (46) dans lequel est engagé un nez cylindrique d'étanchéité (44) que comporte la bougie d'allumage (25), ledit trou (46) débouchant dans la chambre de combustion (9) du moteur à combustion interne (1).
27. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant les revendications 1 et 26, caractérisé en ce que le conduit d'injection de stratification (39) est constitué d'au moins un canal d'injection de stratification (15) dont une première extrémité communique avec la chambre de stratification (24) et dont une deuxième extrémité débouche entre l'intérieur du nez cylindrique d'étanchéité (44) et un cône d'isolation central (43) que comporte la bougie d'allumage (25).
28. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'injection de stratification (39) est constitué d'au moins un capillaire d'injection de stratification (16) ménagée à l'intérieur d'une électrode centrale (47) que comporte la bougie d'allumage (25) de sorte que la première extrémité dudit capillaire communique avec la chambre de stratification (24) et que la deuxième extrémité dudit capillaire débouche au niveau de l'extrémité de ladite électrode centrale (47).
29. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'injection de stratification (39) est constitué d'au moins une buse périphérique de stratification (48) dont une première extrémité communique avec la chambre de stratification (24) et dont une deuxième extrémité débouche en périphérie de la bougie d'allumage (25), ladite deuxième extrémité étant dirigée approximativement vers les électrodes (26) que comporte ladite bougie.
30. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la soupape de stratification (20), le siège (21), le ressort (22), tout ou partie du conduit de stratification (23), la préchambre de stratification (79), et l'actionneur de stratification (27) sont communément intégrés dans au moins une cartouche fixée sur ou vissée dans la culasse (8) du moteur à combustion interne (1).
31. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe de stratification (28) et/ou la sortie du compresseur de stratification (29) et/ou la préchambre de stratification (79) comporte au moins une soupape, vanne ouinjecteur de mélange air-carburant (76) permettant de maintenir en température le catalyseur de post traitement des polluants (75), ladite soupape, vanne ou injecteur (76) pouvant transférer un mélange air-carburant depuis ladite rampe (28), ou depuis ladite sortie ou depuis ladite préchambre (79) vers le conduit d'échappement (10) du moteur à combustion interne (1), ledit mélange étant introduit par ladite soupape, vanne ou injecteur (76) dans ledit conduit (10) en un point quelconque dudit conduit placé entre la soupape d'échappement (12) dudit moteur et ledit catalyseur (75) dudit moteur (1).
32. Dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne suivant la revendication 31, caractérisé en ce que la soupape, vanne ou injecteur de mélange air-carburant (76) de maintien en température du catalyseur (75) est reliée au conduit d'échappement (10) du moteur à combustion interne (1) par un conduit de mélange air-carburant de maintien en température de catalyseur (77).