"Moteur thermique comportant un dispositif d'injection d'air par"Thermal engine comprising an air injection device for
l'échappement" L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile. The invention relates to a combustion engine of a motor vehicle.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile comportant au moins une chambre de combustion, qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant débouchant directement dans la chambre de combustion, qui est dotée d'un dispositif io d'allumage commandé susceptible de permettre le fonctionnement du moteur selon un mode d'allumage commandé, qui est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit d'admission d'air débouchant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un siège d'une soupape d'admission commandée, et qui est 15 susceptible d'évacuer des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'au moins une soupape d'échappement commandée dont un siège communique avec un conduit d'échappement, ledit moteur comportant par ailleurs un dispositif d'injection d'air dans la chambre de combustion. 20 On connaît de nombreux exemples de moteurs de ce type. L'injection d'air dans les chambres de combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile présente de nombreux avantages et peut être utilisé à de nombreuses fins. Le document FR-A1-2.696.504 décrit par exemple un 25 dispositif permettant d'injecter de l'air dans la chambre de combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile par l'intermédiaire d'un dispositif d'injection agencé à proximité d'une soupape d'échappement du moteur, dans le but de provoquer une post-combustion des gaz d'échappement afin d'en limiter la teneur 30 en monoxyde de carbone CO et en hydrocarbures HC imbrûlés. Un dispositif semblable peut être utilisé pour favoriser l'amorçage d'un pot catalytique agencé en aval dans la tubulure 2 d'échappement, ou pour améliorer la qualité du mélange carburé admis dans la chambre de combustion. Par ailleurs, les récents développements des moteurs thermiques en terme de commande de soupapes permettent de bénéficier de moteurs à soupapes commandées, dit moteurs "camless" pour lesquels il est possible d'envisager de nouveaux modes de fonctionnement. En effet, dans un moteur dit "camless" fonctionnant la plupart du temps selon un mode d'allumage commandé, il est io dorénavant possible d'envisager aussi un mode de fonctionnement selon un allumage par compression. Or, un problème se pose dans certaines conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, à faible régime et à charge réduite, 15 l'allumage par compression du mélange carburé est actuellement limité par la faible température des gaz brûlés encore enfermés dans la chambre de combustion. Or, bien que les systèmes de levée et de phasage variable des soupapes permettent de modifier la quantité d'air introduite ainsi que la quantité de gaz 20 brûlés piégés dans la chambre de combustion, ces quantités demeurent insuffisantes, de sorte qu'il n'est actuellement pas possible d'obtenir un auto-allumage du mélange d'air et de carburant pour des faibles régimes et des charges réduites du moteur thermique. 25 D'une manière similaire, à fort régime et à charge élevée, la capacité d'auto inflammation du mélange carburé est limitée par le remplissage de la chambre de combustion, qui est limité par les très faibles durée et levée d'ouverture des soupapes. L'invention propose de remédier à cet inconvénient en 30 utilisant les bénéfices d'un dispositif d'injection d'air pour ces conditions particulières de fonctionnement du moteur. 15 3 Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dispositif d'injection d'air comporte : - un moyen d'injection d'air sous pression dans le conduit 5 d'échappement, - un moyen de commande du moyen d'injection d'air qui est susceptible de commander : • l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, lors d'une ouverture de la soupape d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre de combustion, ou, de surcroît • une ouverture supplémentaire de la soupape d'échappement lors d'une phase d'admission de la chambre de combustion, • l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, lors de ladite phase d'admission. 20 pour permettre le fonctionnement du moteur selon un mode d'auto-allumage par compression. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le moyen d'injection d'air débite de l'air soumis à une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression 25 de gaz d'échappement régnant dans la chambre de combustion, - le moyen de commande du moyen d'injection d'air détermine son fonctionnement notamment à faible régime et à charge réduite du moteur, et à haut régime et charge élevée du moteur, 30 - lorsque le moteur fonctionne à faible régime et à charge réduite, le moyen de commande du dispositif d'injection détermine le fonctionnement du moyen d'injection d'air sous pression seulement en phase d'échappement, 4 - lorsque le moteur fonctionne à haut régime et à charge élevée, le moyen de commande du dispositif d'injection détermine le fonctionnement du moyen d'injection d'air sous pression en phase d'échappement et en phase d'admission, - le moteur comporte au moins un compresseur d'air qui est interposé dans le conduit d'admission, et le moyen d'injection d'air est alimenté en air sous pression par l'intermédiaire d'un conduit de dérivation qui est raccordé au conduit d'admission en aval du compresseur, io - le moyen de commande du dispositif d'injection comporte au moins une vanne qui est susceptible d'obturer sélectivement le conduit de dérivation en amont du moyen d'injection d'air, - le compresseur d'air est un compresseur mécanique entraîné électriquement ou bien par un organe du moteur, 15 - le moteur comporte au moins un premier turbo-compresseur dont une turbine est interposée dans le conduit d'échappement et dont le compresseur est interposé dans le conduit d'admission en amont du conduit de dérivation, -le moteur comporte un second turbocompresseur dont 20 une turbine est interposée dans le conduit d'échappement en amont de la turbine du premier turbocompresseur et dont le compresseur est interposé dans le conduit d'admission en aval du conduit de dérivation, pour alimenter le moteur hors des faibles régimes et charges réduites du moteur/hauts régimes et charges 25 élevées du moteur, - le dispositif d'injection d'air sous pression comporte de surcroît un moyen d'injection de carburant synchronisé avec le moyen d'injection d'air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention, 5 - la figure 3 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. io On a représenté sur les figures 1 à 3 un moteur thermique de véhicule automobile réalisé conformément à l'invention. De manière connue, le moteur thermique 10 comporte au moins une chambre de combustion 12 qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant 14 débouchant directement dans la chambre de combustion 12 et qui est doté d'un dispositif d'allumage commandé, notamment une bougie 16, qui est susceptible de permettre le fonctionnement du moteur 10 selon un mode d'allumage commandé. La chambre de combustion 12 est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit 18 d'admission d'air débouchant dans la chambre de combustion 12 par l'intermédiaire d'un siège 20 d'une soupape 22 d'admission commandée. La chambre de combustion 12 est susceptible d'évacuer des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'au moins une soupape 24 d'échappement commandée dont un siège 26 communique avec un conduit d'échappement 28. Par soupape commandée, on entendra que les soupapes 22, 24 sont des soupapes dont les levées peuvent être commandées à volonté par une électronique appropriée, par exemple des soupapes à commande électromagnétique. Un moteur 10 équipé de telles soupapes est dit moteur "camless". 6 Par ailleurs, le moteur thermique 10 comporte de manière connue un dispositif 30 d'injection d'air dans la chambre de combustion. Conformément à l'invention, le dispositif 30 d'injection d'air est plus particulièrement destiné à permettre le fonctionnement du moteur 10 selon un mode d'auto-allumage par compression. A cet effet, comme l'illustrent les figures 1 à 3, le dispositif 30 d'injection d'air comporte un moyen 32 d'injection d'air sous pression dans le conduit et 28 d'échappement. Ce moyen 32 io d'injection d'air sous pression est par exemple constitué par un injecteur 32 qui est agencé dans le conduit d'échappement 28 à proximité du siège 26 de la soupape d'échappement 24. Par ailleurs, le dispositif 30 d'injection d'air comporte un moyen 34 de commande du moyen 32 d'injection d'air qui est 15 susceptible de commander son activation selon différentes configurations. Ainsi, le moyen 34 de commande du dispositif 30 d'injection d'air est susceptible de commander l'injection d'air sous pression par le moyen 32 d'injection d'air dans la chambre 20 de combustion au travers du siège 26 de la soupape 24 d'échappement au cours d'une phase d'échappement de la chambre de combustion 12. Le moyen 34 de commande du dispositif 32 d'injection d'air est également susceptible de commander de surcroît simulta- 25 nément une ouverture supplémentaire de la soupape 24 échappement lors d'une phase d'admission de la chambre de combustion 12, et simultanément l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion 12 par le moyen 32 d'injection d'air au travers du siège 26 de la soupape 24 lors de ladite phase 30 d'admission. Avantageusement, le moyen 32 d'injection d'air étant destiné à injecter de l'air dans la chambre de combustion 12 au moins au cours d'une phase d'échappement dans la chambre de 7 combustion 12, il sera compris que ledit moyen 32 d'injection d'air débite de l'air soumis à une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression des gaz d'échappement régnant dans la chambre de combustion. The invention more particularly relates to a motor vehicle engine having at least one combustion chamber, which is supplied with fuel via a fuel injector opening directly into the combustion chamber, which is provided with a device a controlled ignition system capable of permitting the operation of the engine according to a controlled ignition mode, which is fed with air via an air intake duct opening into the combustion chamber via means of a seat of a controlled intake valve, which is capable of evacuating exhaust gases via at least one controlled exhaust valve, a seat of which communicates with an exhaust duct, said motor further comprising an air injection device in the combustion chamber. Numerous examples of such engines are known. The injection of air into the combustion chambers of a motor vehicle engine has many advantages and can be used for many purposes. FR-A1-2.696.504 describes for example a device for injecting air into the combustion chamber of a motor vehicle engine by means of an injection device arranged nearby. an exhaust valve of the engine, for the purpose of causing an aftercombustion of the exhaust gas to limit the content of carbon monoxide CO and unburned HC hydrocarbons. A similar device can be used to promote the initiation of a catalytic converter arranged downstream in the exhaust pipe 2, or to improve the quality of the fuel mixture admitted to the combustion chamber. Moreover, the recent developments of the thermal engines in terms of valve control can benefit from controlled valve motors, said "camless" engines for which it is possible to consider new modes of operation. Indeed, in a so-called "camless" engine operating most of the time according to a controlled ignition mode, it is now possible to also consider a mode of operation according to a compression ignition. However, a problem arises under certain operating conditions of the engine. For example, at low speed and reduced load, the compression ignition of the fuel mixture is currently limited by the low temperature of the flue gases still enclosed in the combustion chamber. Although the lift and variable phasing systems of the valves make it possible to modify the quantity of air introduced as well as the quantity of burnt gases trapped in the combustion chamber, these quantities remain insufficient, so that it does not occur. It is currently not possible to obtain a self-ignition mixture of air and fuel for low speeds and reduced loads of the engine. In a similar way, at high speed and with a high load, the self-ignition capacity of the fuel mixture is limited by the filling of the combustion chamber, which is limited by the very short duration and the opening of the valves. . The invention proposes to overcome this disadvantage by using the benefits of an air injection device for these particular operating conditions of the engine. For this purpose, the invention proposes a heat engine of the type described above, characterized in that the air injection device comprises: a means for injecting air under pressure into the exhaust pipe a means for controlling the air injection means which is capable of controlling: the injection of air under pressure into the combustion chamber through the seat of the exhaust valve, during an opening the exhaust valve associated with an exhaust phase of the combustion chamber, or, in addition, an additional opening of the exhaust valve during a combustion chamber admission phase, injecting air under pressure into the combustion chamber through the seat of the exhaust valve during said intake phase. 20 to allow the operation of the engine in a self-ignition mode by compression. According to other characteristics of the invention: the air injection means delivers air subjected to a determined injection pressure which is greater than an exhaust gas pressure prevailing in the combustion chamber. the means for controlling the air injection means determines its operation, in particular at low speed and at reduced engine load, and at high speed and high engine load, when the engine is operating at low speed and under load. reduced, the control means of the injection device determines the operation of the pressurized air injection means only in the exhaust phase, 4 - when the engine is operating at high speed and high load, the control means of the injection device determines the operation of the pressurized air injection means in the exhaust phase and in the intake phase, the engine comprises at least one air compressor which is interposed in the intake duct, e the air injection means is supplied with pressurized air via a bypass duct which is connected to the intake duct downstream of the compressor, the control means of the injection device comprises at least one valve which is capable of selectively closing off the bypass duct upstream of the air injection means, - the air compressor is a mechanical compressor driven electrically or by a motor member, - the engine comprises at least a first turbo-compressor of which a turbine is interposed in the exhaust duct and the compressor of which is interposed in the intake duct upstream of the bypass duct, the engine comprises a second turbocharger of which one turbine is interposed in the exhaust duct upstream of the turbine of the first turbocharger and whose compressor is interposed in the intake duct downstream of the bypass duct, to supply the engine ho rs low engine speeds and reduced engine loads / high engine speeds and high loads, - the pressurized air injection device further comprises a fuel injection means synchronized with the air injection means . Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic view of an engine produced in accordance with FIG. FIG. 2 is a schematic view of a motor made according to a second embodiment of the invention; FIG. 3 is a schematic view of an engine produced in accordance with a second embodiment of the invention; to a third embodiment of the invention. In the following description, like reference numerals designate like parts or having similar functions. FIGS. 1 to 3 show a motor vehicle engine engine produced in accordance with the invention. In known manner, the heat engine 10 comprises at least one combustion chamber 12 which is fed with fuel via a fuel injector 14 opening directly into the combustion chamber 12 and which is provided with a device controlled ignition, including a spark plug 16, which is capable of allowing the operation of the engine 10 according to a controlled ignition mode. The combustion chamber 12 is supplied with air via an air intake duct 18 opening into the combustion chamber 12 via a seat 20 of a controlled intake valve 22. The combustion chamber 12 is capable of evacuating exhaust gases via at least one controlled exhaust valve 24, a seat 26 of which communicates with an exhaust duct 28. By controlled valve, it will be understood that the valves 22, 24 are valves whose lifts can be controlled at will by appropriate electronics, for example electromagnetically controlled valves. A motor 10 equipped with such valves is said engine "camless". Furthermore, the heat engine 10 comprises, in a known manner, a device 30 for injecting air into the combustion chamber. According to the invention, the device 30 for injecting air is more particularly intended to allow the operation of the engine 10 in a self-ignition mode by compression. For this purpose, as illustrated in FIGS. 1 to 3, the air injection device 30 comprises means 32 for injecting pressurized air into the duct 28 and exhaust. This means 32 of injection of pressurized air is for example constituted by an injector 32 which is arranged in the exhaust duct 28 near the seat 26 of the exhaust valve 24. Furthermore, the device 30 Injection of air comprises means 34 for controlling the air injection means 32 which is capable of controlling its activation in different configurations. Thus, the means 34 for controlling the air injection device 30 is capable of controlling the injection of air under pressure by the air injection means 32 into the combustion chamber 20 through the seat 26 of the the exhaust valve 24 during an exhaust phase of the combustion chamber 12. The control means 34 for the air injection device 32 is also capable of additionally controlling, at the same time, an additional opening of the exhaust valve 24 during an intake phase of the combustion chamber 12, and simultaneously the injection of pressurized air into the combustion chamber 12 by the means 32 for injecting air through the seat 26 of the valve 24 during said intake phase. Advantageously, the air injection means 32 for injecting air into the combustion chamber 12 at least during an exhaust phase in the combustion chamber 12, it will be understood that said means Air injection 32 delivers air at a given injection pressure which is greater than a pressure of the exhaust gases in the combustion chamber.
Dans cette configuration, le moyen 32 d'injection d'air est susceptible d'injecter de l'air sous pression à l'encontre de la pression élevée des gaz d'échappement. Plus particulièrement, le moyen 34 de commande du moyen 32 d'injection d'air détermine son fonctionnement selon io deux configurations particulières, à savoir d'une part à faible régime et à charge réduite du moteur, et d'autre part à haut régime et à charge élevée du moteur. Ainsi, lorsque le moteur 10 fonctionne à faible régime et à charge réduite, le moyen 34 de commande du dispositif 30 15 d'injection d'air détermine le fonctionnement du moyen 32 d'injection d'air sous pression seulement en phase d'échappement de la chambre de combustion. Cette configuration permet de modifier sensiblement l'apport thermique fourni à la chambre de combustion et permet 20 donc plus facilement une auto-inflammation du mélange carburé qui y est introduit, pour permettre de fonctionnement du moteur selon un mode d'allumage par compression. D'une manière analogue, lorsque le moteur 10 fonctionne à haut régime et à charge élevée, le moyen 34 de commande du 25 dispositif 30 d'injection d'air détermine le fonctionnement du moyen 32 d'injection d'air sous pression en phase d'échappement, profitant alors de l'ouverture normale de la soupape 24 d'échappement, mais aussi en phase d'admission en provoquant une ouverture supplémentaire de la soupape 24 d'échappement, 30 conjointement à l'ouverture de la soupape 22 d'admission. Cette configuration permet de remédier au déficit d'admission d'air pénétrant dans la chambre 12 de combustion du fait de la durée réduite de levée de la soupape d'admission 22, 8 pour permettre de fonctionnement du moteur selon le mode d'allumage par compression. Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés pour la mise en oeuvre du dispositif 30 d'injection d'air. In this configuration, the air injection means 32 is capable of injecting pressurized air against the high pressure of the exhaust gases. More particularly, the means 34 for controlling the air injection means 32 determines its operation according to two particular configurations, namely, on the one hand, at low speed and with reduced engine load, and on the other hand, at high speed. and high engine load. Thus, when the engine 10 is operating at low speed and under reduced load, the means 34 for controlling the air injection device 30 determines the operation of the pressurized air injection means 32 only during the exhaust phase. of the combustion chamber. This configuration makes it possible to substantially modify the heat input supplied to the combustion chamber and thus makes it easier to self-ignite the fuel mixture that is introduced therein, to allow the engine to operate in a compression ignition mode. Similarly, when the engine 10 is operating at high speed and at high load, the means 34 for controlling the air injection device 30 determines the operation of the pressurized air injection means 32. exhaust, then taking advantage of the normal opening of the exhaust valve 24, but also in the intake phase causing an additional opening of the exhaust valve 24, 30 together with the opening of the valve 22 d 'admission. This configuration makes it possible to remedy the air intake deficit penetrating into the combustion chamber 12 due to the reduced duration of lift of the intake valve 22, 8 to allow the engine to operate according to the ignition mode. compression. Several embodiments can be envisaged for the implementation of the device 30 for injecting air.
Comme l'illustre la figure 1, le dispositif 30 d'injection d'air peut comporter un compresseur 36 qui est interposé dans le conduit d'admission 18, et le moyen 32 d'injection d'air est alimenté en air sous pression par l'intermédiaire d'un conduit 38 de dérivation qui est raccordé au conduit d'admission 18 en aval io du compresseur 36. Dans cette configuration, le moyen 34 de commande du dispositif d'injection d'air est constitué d'une vanne 34 qui est susceptible d'obturer sélectivement le conduit 38 de dérivation en amont du moyen 32 d'injection d'air. Le compresseur d'air 36 est notamment un compresseur 15 mécanique, entraîné électriquement ou bien entraîné mécanique-ment par un organe mécanique du véhicule, comme c'est le cas par exemple pour un compresseur à lobes de type "roots". En variante, comme l'illustre la figure 2, le moteur 10 peut comporter au moins un premier turbocompresseur 40 dont une 20 turbine 42 est interposée dans le conduit d'échappement 28, et dont le compresseur 36 est interposé dans le conduit d'admission 18 en amont du conduit 38 de dérivation. Cette variante peut être améliorée lorsque l'on souhaite obtenir un rendement maximum du moteur 10 en dehors des 25 configurations précitées de faible régime et charge réduite d'une part, et de haut régime et charge élevée d'autre part. Ainsi, comme l'illustre la figure 3, le moteur 10 peut comporter un second turbocompresseur 44 dont une turbine 46 est interposée dans le conduit d'échappement 28 en amont de la 30 turbine 42 du premier turbocompresseur 40, et dont le compresseur 48 est interposé dans le conduit d'admission 18 en aval du conduit 38 de dérivation, pour alimenter le moteur en dehors des configurations précitées. As illustrated in FIG. 1, the device 30 for injecting air can comprise a compressor 36 which is interposed in the intake duct 18, and the air injection means 32 is supplied with pressurized air by via a bypass line 38 which is connected to the intake duct 18 downstream of the compressor 36. In this configuration, the control means 34 for the air injection device consists of a valve 34 which is capable of selectively closing off the bypass conduit 38 upstream of the air injection means 32. The air compressor 36 is in particular a mechanical compressor, electrically driven or mechanically driven by a mechanical member of the vehicle, as is the case for example for a compressor lobes type "roots". Alternatively, as shown in Figure 2, the engine 10 may comprise at least a first turbocharger 40, a turbine 42 is interposed in the exhaust pipe 28, and the compressor 36 is interposed in the intake duct 18 upstream of the conduit 38 bypass. This variant can be improved when it is desired to obtain a maximum efficiency of the engine 10 outside the aforementioned configurations of low speed and reduced load on the one hand, and high speed and high load on the other hand. Thus, as illustrated in FIG. 3, the engine 10 may comprise a second turbocharger 44, a turbine 46 of which is interposed in the exhaust duct 28 upstream of the turbine 42 of the first turbocharger 40, and whose compressor 48 is interposed in the intake duct 18 downstream of the bypass duct 38, to supply the motor outside the aforementioned configurations.
9 Enfin, il sera compris que le dispositif 32 d'injection d'air peut comporter de surcroît un moyen (non représenté) d'injection de carburant qui est synchronisé avec le moyen 32 d'injection d'air pour permettre un remplissage optimal de la chambre 12 de combustion en mélange carburé. L'invention permet donc de proposer un moteur 10 fonctionnant selon un mode de fonctionnement à allumage commandé ou selon le mode de fonctionnement à allumage par compression. i0 25 30Finally, it will be understood that the air injection device 32 may furthermore comprise a means (not shown) of fuel injection which is synchronized with the air injection means 32 to allow an optimal filling of the fuel. the combustion chamber 12 in a fuel mixture. The invention therefore makes it possible to propose a motor 10 operating according to a spark-ignition operating mode or according to the compression-ignition operating mode. i0 25 30