FR2994458A1

FR2994458A1 - Moteur a combustion de vehicule de route a controle d'alimentation en air

Info

Publication number: FR2994458A1
Application number: FR1257708A
Authority: FR
Inventors: Bertrand Vanysacker
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-14

Abstract

L'invention concerne un moteur à combustion de véhicule de route, comprenant un module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) agencé pour fournir en entrée d'un réceptacle (10,20) de mélange sélectivement un carburant sous forme liquide (55) ou un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse (51,52) en fonction de conditions de fonctionnement du moteur.

Description

MOTEUR A COMBUSTION DE VEHICULE DE ROUTE A CONTROLE D'ALIMENTATION EN AIR [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion interne de véhicules de route et notamment de véhicules automobiles, en particulier l'alimentation en air et en carburant de tels moteurs. [0002] La réduction de l'alimentation en air des moteurs à combustion interne en charge partielle est réalisée actuellement par des dispositifs tels que des boitiers papillon ou des systèmes de distribution à phasage ou levée variable. [0003] Ces dispositifs ont pour effet de générer une dépression de l'air en entrée d'une chambre de combustion du moteur et provoquent donc un surcroit d'effort connu sous le nom de « pompage » pour le moteur lors des phases de réduction d'air à l'alimentation. [0004] Le rendement global du moteur s'en trouve diminué, ce qui est désavantageux en termes de performances, de consommation, et d'émissions polluantes. [0005] Le but de l'invention est de proposer un mode de réduction de l'alimentation en air d'un moteur à combustion de véhicule de route, notamment de véhicule automobile, notamment lorsque le moteur fonctionne en charge partielle, lequel mode de réduction de l'alimentation en air ne provoque que peu ou pas de pertes de rendement du moteur lors d'une telle réduction d'alimentation en air. [0006] Un autre but de l'invention est de proposer un moteur permettant une réduction des émissions polluantes notamment en phase de démarrage et en fonctionnement à moteur froid, et permettant une meilleure régulation de la richesse en phase de fonctionnement transitoire du moteur. [0007] Ces buts sont atteints selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule, notamment de véhicule de route de type automobile, comprenant un réceptacle de mélange entre air et carburant, ainsi qu'un module de fourniture de carburant agencé pour fournir au réceptacle de mélange le carburant non encore mélangé avec l'air, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant est agencé pour fournir en entrée du réceptacle de mélange sélectivement un carburant sous forme liquide non encore mélangé avec l'air ou un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse non encore mélangé avec l'air en fonction de conditions de fonctionnement du moteur de sorte que le mélange dans le réceptacle de mélange présente une proportion d'air diminuée lorsque le module de fourniture fournit un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse. [0008] Avantageusement, le module de fourniture est agencé pour fournir en entrée du réceptacle de mélange sélectivement un carburant sous forme liquide non encore mélangé avec l'air ou un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse non encore mélangé avec l'air en fonction de conditions de charge du moteur. [0009] Avantageusement, le module de fourniture est agencé pour fournir un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse dans le cas d'une charge partielle du moteur. [0010] Avantageusement, le moteur est un moteur à injection indirecte et le réceptacle de mélange est situé en amont d'une chambre de combustion du moteur. [0011] Avantageusement, le moteur est un moteur à injection directe et le réceptacle de mélange est une chambre de combustion du moteur. [0012] Avantageusement, le module de fourniture de carburant est un module réalisant une évaporation d'au moins une partie d'un carburant se trouvant initialement sous forme liquide [0013] Avantageusement, le module de fourniture de carburant est alimenté par un carburant sous forme liquide et un carburant sous forme gazeuse de constitutions chimiques différentes et le module est agencé pour injecter dans le réceptacle de mélange sélectivement le carburant sous forme liquide et/ou le carburant sous forme gazeuse en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. [0014] Avantageusement, le module de fourniture de carburant comportant deux branches en parallèle, l'une des branches étant équipée d'un organe de vaporisation du carburant, le module de fourniture de carburant comprenant en outre un organe de routage du carburant lequel dirige le carburant dans l'une ou l'autre des deux branches en fonction de conditions de fonctionnement du moteur. [0015] Avantageusement, le module de fourniture de carburant sous forme liquide ou sous forme au moins partiellement gazeuse est disposé dans une rampe d'injection du moteur [0016] Avantageusement, le module de fourniture de carburant sous forme liquide ou sous forme au moins partiellement gazeuse est disposé dans un injecteur du moteur. [0017] Avantageusement, le moteur est un moteur de véhicule automobile. [0018] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée laquelle représente de manière fonctionnelle un mode de réalisation de l'invention à injection indirecte. [0019] Le moteur représenté sur la figure annexée présente une chambre de combustion 10 laquelle est précédée par une tubulure d'admission 20 formant ici un réceptacle dans lequel un carburant injecté et un flux d'air frais sont mélangés. [0020] Pour cela, la tubulure d'admission 20 est précédée d'un injecteur de carburant 30 et d'une voie d'arrivée d'air 40. [0021] Le présent mode de réalisation comprend un circuit de carburant 50 constitué des éléments suivants. Une première branche 51 comprend un évaporateur 52 lequel est ici constitué d'un organe de réchauffement et de pulvérisation de carburant qui produit un brouillard de carburant dont une proportion importante est sous forme gazeuse. [0022] Selon une variante, l'évaporateur 52 produit un réchauffement du carburant qui est suffisant à vaporiser totalement le carburant tel qu'il est injecté dans le réceptacle de mélange, de sorte que la tubulure d'admission de reçoit que des vapeurs d'un tel carburant. [0023] Une seconde branche 55 est constituée d'un conduit raccordant l'amont et l'aval de l'évaporateur 52 et constituant une dérivation de l'évaporateur 52. Une vanne trois voies 56 est disposée en entrée de ces deux branches 51 et 55. Elle dirige le carburant dans l'une ou l'autre des deux branches 51 et 55 permettant également d'obturer l'une ou l'autre des deux branches. [0024] Le présent mode de réalisation est un moteur à allumage commandé ou moteur essence, mais en variante le moteur peut être un moteur diesel. [0025] Entre le circuit de carburant 50 et l'injecteur 30 est située une rampe d'injection 60.. La rampe d'injection 60 est pilotée en pression par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 70, positionné ici pour prélever de la rampe une quantité de carburant pressurisé lorsque des surpressions apparaissent dans la rampe d'injection. Dans le présent mode de réalisation à injection indirecte, un condenseur 80 est utilisé pour réaliser un retour à l'état liquide du carburant prélevé par le régulateur de pression et pour diriger le carburant condenser vers un réservoir de carburant 90. [0026] On notera que le réservoir 90, qui est également le réservoir d'alimentation en carburant du circuit de carburant 50, présente une ligne de sortie équipée d'une pompe à carburant 91 et d'un filtre à carburant 92. Le réservoir 90 est également relié à la tubulure d'admission 20 par une conduite d'évacuation 93 de vapeurs de carburant laquelle est équipée d'un canister 94 et d'une électrovanne de purge 95. [0027] La vanne trois voies 56 est commandée par un module de pilotage, non représenté, qui dirige le carburant vers l'un ou l'autre des deux branches 51 ou 55 précédemment décrites, en dépendance de conditions de fonctionnement du moteur, selon la logique qui sera décrite maintenant. [0028] On envisagera maintenant une phase de fonctionnement du moteur à faible charge, la charge du moteur étant le rapport du travail fourni par le moteur au régime considéré sur le travail maximal du moteur envisageable à ce même régime. Lors d'une telle phase de fonctionnement du moteur à faible charge, la vanne trois voies 56 dirige le carburant vers l'évaporateur 52. Pour un régime moteur donné donc un débit volumique donné, le carburant est vaporisé et donc injecté à l'état partiellement gazeux dans la tubulure d'admission 20, voire en variante à l'état totalement gazeux. Le carburant a alors une masse volumique plus faible que lorsqu'il est à l'état liquide. Il occupe donc, pour une masse de carburant donnée, un volume plus important. Le volume d'air admis dans la tubulure d'admission est alors plus faible. Pour une température et une pression donnée, la masse d'air admise est alors d'autant plus faible que le volume d'air admis est faible. De plus, pour une pression donnée, le carburant déjà vaporisé ne prélève pas de chaleur à l'air par un changement d'état du carburant au contact de l'air. Le carburant ne fait donc pas chuter la température de l'air et ne fait pas augmenter la densité de l'air par refroidissement de celui-ci. La masse d'air admise est donc réduite grâce à ces deux effets. La réduction de la masse d'air admise a été réalisée sans avoir recours à la chute de pression de l'air admis qui est à l'origine des pertes habituelles par pompage occasionnant une chute du rendement global du moteur en charge partielle. [0029] Lors de phases de fonctionnement à pleine charge, la vanne trois voies 56 dirige le carburant liquide dans la branche de dérivation 55 tout en obturant la branche 51 de l'évaporateur 52. Pour un régime moteur donné donc un débit volumique donné, le carburant est injecté à l'état liquide pour être vaporisé au contact de l'air ce qui a pour effet de prélever de la chaleur à l'air et donc de faire chuter sa température et augmenter sa densité pour une pression donnée. Pour une pression donnée, la masse d'air admise a donc été augmentée. [0030] Dans une phase de fonctionnement à charge intermédiaire, le choix du mode d'injection se fait ici en fonction d'une résistance du moteur au cliquetis de la chambre de combustion et d'un compromis entre les pertes par pompage et un rendement indiqué, notamment dans le cas des moteurs à allumage commandé. [0031] En phase de démarrage du véhicule, on favorise le fonctionnement par injection de carburant vaporisé, qui permet une réduction des émissions polluantes en phase de fonctionnement moteur froid par une limitation du film pariétal dans les conduits d'admission pour un tel moteur à injection indirecte. [0032] En phase de fonctionnement à moteur froid, on favorise également le fonctionnement par injection de carburant vaporisé, qui permet selon le même principe une réduction des émissions par limitation du film pariétal dans les conduits d'admission pour un moteur de type injection indirecte. [0033] En phase de fonctionnement transitoire, on adopte un fonctionnement à carburant vaporisé ou à carburant liquide selon le cas. Le fonctionnement à carburant vaporisé permet une meilleure régulation de richesse lors des phases transitoires en injection indirecte, également par un effet de limitation du film pariétal dans les conduits d'admission. Là encore, le choix du mode d'injection se fait en fonction de la résistance au cliquetis de la chambre de combustion et du compromis entre les pertes par pompage et le rendement indiqué, notamment dans le cas des moteurs à allumage commandé. [0034] La stratégie mise en oeuvre ici permet de diminuer le débit massique d'air prélevé par le moteur en charge partielle par injection de carburant vaporisé avant son mélange avec l'air. [0035] Le présent mode de réalisation met donc en oeuvre un contrôle de l'alimentation en air du moteur par un système actif de changement d'état du carburant avant son mélange avec l'air ce qui permet ici une réduction des émissions polluantes notamment en phase de démarrage et en fonctionnement à moteur froid et une meilleure régulation de la richesse en phase de fonctionnement transitoire.. [0036] Selon une variante, on place en entrée du réceptacle de mélange un module apte à injecter deux carburants de constitution chimique différente, l'un sous forme liquide et l'autre sous forme gazeuse et préférentiellement totalement gazeuse. Dans un mode de fonctionnement où l'on souhaite diminuer la quantité d'air admise dans la chambre de combustion, le module injecte le carburant gazeux en remplacement d'au moins une partie du carburant liquide. [0037] Dans une variante à injection directe, les mêmes composants que ceux qui sont décrits ci-dessus en référence à la figure annexée sont avantageusement adoptés, le réceptacle de mélange étant cette fois constitué par la chambre de combustion 10 elle-même. Dans ce cas, le circuit de carburant 50 décrit ci-dessus est avantageusement placé en amont d'une pompe à haute pression alimentant la rampe d'injection 60, un régulateur de pression étant avantageusement placé sur une boucle de retour de la rampe d'injection à la pompe à haute pression. [0038] L'évaporateur 52, ici décrit comme étant placé sur une branche 51 qui lui est dédiée, peut en variante être intégré à l'injecteur 30. On réalise ainsi avantageusement un injecteur chauffant. [0039] En variante, l'évaporateur 52 est intégré dans la rampe d'injection 60 par exemple sous la forme d'un réchauffeur de carburant dans la rampe d'injection. [0040] L'invention est particulièrement avantageuse sur les moteurs à combustion interne de type VCM pour Véhicule à Carburant Modifiable ou Flex Fuel selon la terminologie anglo-saxonne. [0041] L'invention permet une réduction de la consommation de carburant et une réduction d'émissions de dioxyde de carbone par une réduction des pertes par pompage en charge partielle, une réduction des émissions à froid et une meilleure régulation de richesse en phase transitoire.5

Claims

REVENDICATIONS1. Moteur à combustion de véhicule, comprenant un réceptacle (10,20) de mélange entre air et carburant, ainsi qu'un module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) agencé pour fournir au réceptacle (10,20) de mélange le carburant non encore mélangé avec l'air, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) est agencé pour fournir en entrée du réceptacle (10,20) de mélange sélectivement un carburant sous forme liquide (55) non encore mélangé avec l'air ou un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse (51,52) non encore mélangé avec l'air en fonction de conditions de fonctionnement du moteur de sorte que le mélange dans le réceptacle (10,20) de mélange présente une proportion d'air diminuée lorsque le module de fourniture (50,51,52,55,56) fournit en entrée du réceptacle un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse (51,52).
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de fourniture (50,51,52,55,56) est agencé pour fournir en entrée du réceptacle (10,20) de mélange sélectivement un carburant sous forme liquide (55) non encore mélangé avec l'air ou un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse (51,52) non encore mélangé avec l'air en fonction de conditions de charge du moteur.
3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de fourniture (50,51,52,55,56) est agencé pour fournir un carburant sous forme au moins partiellement gazeuse (51,52) dans le cas d'une charge partielle du moteur.
4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à injection indirecte et le réceptacle de mélange (20) est situé en amont d'une chambre de combustion (10) du moteur.
5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à injection directe et le réceptacle de mélange (10,20) est une chambre de combustion (10) du moteur.
6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) est un module réalisant une évaporation (52) d'au moins une partie d'un carburant se trouvant initialement sous forme liquide.
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) est alimenté par un carburant sous forme liquide et un carburant sous forme gazeuse de constitutions chimiquesdifférentes et le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) est agencé pour injecter dans le réceptacle de mélange sélectivement le carburant sous forme liquide et/ou le carburant sous forme gazeuse en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) comporte deux branches (51,55) en parallèle, l'une des branches (51) étant équipée d'un organe de vaporisation (52) du carburant, le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) comprenant en outre un organe de routage (56) du carburant lequel dirige le carburant dans l'une ou l'autre des deux branches (51,55) en fonction de conditions de fonctionnement du moteur.
9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) est disposé dans une rampe d'injection (60) du moteur
10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de fourniture de carburant (50,51,52,55,56) est disposé dans un injecteur (30) du moteur.