PROCEDE D'INTRODUCTION ET DE DOSAGE D'AU MOINS UN ADDITIF DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR ET APPLICATIONS

Description

[0001] La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, notamment ceux fonctionnant en auto-allumage.

[0002] Plus particulièrement la présente invention s'applique aux moteurs qui, pour leur fonctionnement, consomment une quantité connue et contrôlée d'huile, utilisée pour ses propriétés lubrifiantes.

[0003] On connaît par exemple des moteurs ayant une consommation d'huile régulée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, tels que la charge ou le régime ; La consommation d'huile peut aussi être liée à la consommation de carburant selon un certain ratio. Des moteurs fonctionnant ainsi sont par exemple : les moteurs deux temps à essence et à carter-pompe, lubrifiés par huile perdue, l'huile pouvant alors être introduite à l'admission ou bien mélangée au carburant selon une proportion préconisée par le constructeur.

[0004] Il existe aussi des moteurs deux temps essence ou Diesel dits "à carter humide" (carter de type quatre temps) pour lesquels une consommation d'huile contrôlée permet la lubrification de l'ensemble piston-chemise. Cette consommation peut être obtenue par une fuite contrôlée de l'huile de lubrification dans la chambre de combustion via par exemple une étanchéité relative au niveau de la segmentation.

[0005] Il est aussi connu d'introduire du lubrifiant dans l'air d'admission fourni par un compresseur ou un turbo-compresseur.

[0006] Le dosage d'huile consommée par le moteur et introduite de façon controlée dans la chambre de combustion d'un moteur ne se limite pas aux moteurs deux temps, puisque l'on connaît des travaux sur le moteur quatre temps à carter sec servant de pompe de suralimentation en air et lubrifiés eux-aussi par huile perdue.

[0007] Pour ces différentes motorisations, un très grand nombre de lubrifiants sont disponibles sur le marché commercial. Chaque lubrifiant répond à un type de motorisation particulier suivant un cahier des charges établi par les constructeurs de moteurs et les fabriquants de lubrifiants. Par exemple, pour les moteurs deux temps, des huiles commerciales bas de gamme et très bon marché sont disponibles pour des applications deux roues très peu poussées (cyclomoteur). D'autres lubrifiants sont disponibles pour des applications performantes (motocycles), d'autres encore pour des applications marines (hors-bord).

[0008] Ces différents exemples montrent que chaque lubrifiant est destiné à une motorisation spécifique donnée.

[0009] De plus, lorsque le lubrifiant est ainsi consommé de façon contrôlée et donc participe à la combustion du moteur, il peut suivant l'invention être chargé en additifs qui vont permettre d'améliorer la qualité de la combustion suivant un ou des critères de qualité comme, par exemple, le minimum d'émissions de substances polluantes, le meilleur rendement, la meilleure régularité cyclique, la propreté,... .

[0010] Habituellement de tels additifs sont mélangés au carburant et sont alors destinés à des fonctions spécifiques telles que la réduction des émissions de polluants, la réduction de la formation des suies, la régénération de filtres placés à l'échappement, la détergence.

[0011] Le document FR 2 702 009, le brevet US 4 621 593 ou le document EP 269 228 divulguent différentes méthodes pour additiver le carburant d'un moteur.

[0012] Toutefois il paraît difficilement envisageable de disposer de carburant commercialisé et distribué déjà additivé lorsque l'additif requis n'est pas nécessaire pour l'ensemble d'un parc de véhicules, mais serait nécessaire seulement et spécifiquement pour une partie d'un parc de véhicules en circulation.

[0013] Si l'on peut envisager la distribution commerciale de carburants comportant des additifs anti-encrassement par exemple, par contre, il ne paraît pas économiquement rentable de distribuer un carburant additivé qui serait spécifiquement adapté aux deux roues à moteur deux temps, aux moteurs marins hors-bord.

[0014] L'objet de l'invention est donc de proposer une solution nouvelle et extrêmement simple d'alimentation en additifs de la chambre de combustion de moteurs, pour des applications spécifiques, l'additif n'étant pas mélangé initialement au carburant mais au lubrifiant.

[0015] Le document US 5 330 667 décrit un additif pour lubrifiant de moteur visant à améliorer des propriétés de pouvoir détergent, de lubrification, de pouvoir anti-usure.

[0016] Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'introduction et de dosage d'additifs dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne consommant dans la chambre une quantité de lubrifiant connue et contrôlée, procédé selon lequel le lubrifiant consommé comprend au moins un additif destiné à favoriser la combustion d'un moteur fonctionnant en auto-allumage contrôlé et à obtenir un fonctionnement sur une plage plus large de régime et/ou de charge du moteur.

[0017] Selon un mode de réalisation de l'invention, le lubrifiant additivé est mélangé au carburant par l'utilisateur.

[0018] Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, le lubrifiant additivé est introduit à l'admission du moteur par un moyen de dosage spécifique.

[0019] Une application particulière de l'invention vise les moteurs deux temps à carter-pompe lubrifié par huile perdue.

[0020] Le moteur auquel s'applique l'invention peut être un moteur deux temps ayant un compresseur externe, dont la consommation de lubrifiant est obtenue par des fuites contrôlées via la segmentation du moteur.

[0021] Sans sortir du cadre de l'invention, le moteur peut être un moteur quatre temps à carter-pompe lubrifié par huile perdue.

[0022] Selon une caractéristique intéressante de l'invention, le dosage du lubrifiant peut être contrôlé par des moyens électroniques en fonction de paramètres tels que le régime, la charge, la présence ou non de cliquetis, le fonctionnement ou non en auto-allumage...

[0023] Cette caractéristique autorise donc un contrôle électronique indirect de la quantité d'additif introduite dans la chambre de combustion, via le dosage électronique du lubrifiant.

[0024] D'autres avantages, détails et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels :

• La figure 1 montre des courbes définies par la puissance d'un moteur à auto-allumage en fonction de son régime, selon l'art antérieur, et
• La figure 2 montre des courbes déterminées par la puissance d'un moteur à auto-allumage en fonction de son régime, selon l'invention.

[0025] Le procédé suivant l'invention consiste donc à utiliser un lubrifiant additivé, la formulation du ou des additifs étant déterminées pour obtenir l'effet requis sur la qualité de la combustion, et de l'appliquer à un moteur dans lequel la consommation dudit lubrifiant est contrôlée par un moyen de dosage adéquat (pompe doseuse, fuite calibrée, ...). Ainsi connaissant la quantité de lubrifiant et de carburant participant à la combustion, le lubrifiant selon l'invention peut précisément comporter la quantité d'additifs qui auraient pu être requis pour participer au bon déroulement de la combustion.

[0026] Un exemple particulièrement avantageux d'application du procédé suivant l'invention consiste à additiver le lubrifiant d'un moteur deux temps de façon à favoriser son fonctionnement en auto-allumage en étendant la zone de fonctionnement du moteur suivant ce procédé d'auto-allumage.

[0027] Les figures 1 et 2 présentent des courbes de la puissance moteur W en fonction de leur régime RM. Sur chacune de ces figures on peut voir la courbe P_max correspondant à la puissance maximale développée par le moteur.

[0028] La figure 1 montre la plage de fonctionnement d'un moteur deux temps connu, objet par exemple de la demande de brevet FR 2 649 157 déposée au nom du présent demandeur.

[0029] Ce moteur connu a été conçu pour avoir une zone (1) de fonctionnement en auto-allumage la plus étendue possible vers les bas régimes et les faibles charges.

[0030] La figure 2 montre la même plage de fonctionnement du moteur lorsque le lubrifiant consommé par le moteur (dans un ratio d'environ 2 % du carburant consommé) contient environ 10 % d'additifs favorisant le processus d'auto-allumage contrôlé. Cette additivation du lubrifiant selon l'invention permet, dans cet exemple, d'étendre la zone de fonctionnement en auto-allumage vers des régimes 100 à 200 tours/minutes inférieurs. En effet alors que dans les moteurs connus (figure 1) l'auto-allumage existait pour des régimes moteur supérieurs à environ 1700 tours/minutes, selon l'invention (figure 2) l'auto-allumage apparaît dès 1500 tours/minutes, à puissance moteur égale.

[0031] Il est connu dans le cas du moteur deux temps en particulier (bien que l'application au quatre temps ne soit pas inenvisageable) un mode de combustion particulier où le moteur peut fonctionner en auto-allumage. Le brevet US 4 445 468 décrit un exemple d'un tel moteur.

[0032] Les travaux des chercheurs montrent que ce type de combustion est obtenue à faible charge et régime plutôt élevés.

[0033] Des paramètres liés au fonctionnement du moteur, comme le taux de compression, l'aérodynamique interne et la stratification gaz frais/gaz brûlés, la température et la pression dans le cylindre au début de la compression, ...sont connus comme ayant une forte influence sur le fonctionnement en auto-allumage et sur l'étendue de la plage de régime et charge où il est obtenu.

[0034] Les paramètres liés au carburant, composition, caractéristiques physico-chimiques, (indice d'octane, de cétane, formulation des additifs,...) peuvent aussi avoir une influence sur cette combustion. En particulier, des travaux récents montrent que certains additifs introduits dans le carburant permettent d'étendre cette zone de fonctionnement en auto-allumage vers les bas régimes avec l'objectif d'aller jusqu'à obtenir l'auto-allumage au régime de ralenti du moteur. L'introduction de ces mêmes additifs sous une forme mélangée au lubrifiant suivant l'invention permet d'obtenir ainsi de façon très simple les mêmes effets.

[0035] L'extension de la zone de fonctionnement en auto-allumage est particulièrement intéressante et recherchée car elle permet d'éviter les irrégularités de combustion, typiques notamment du moteur deux temps à faible charge et bas régime.

[0036] Ainsi on réduit très fortement (d'environ 60 %) les émissions d'hydrocarbures imbrûlés, on améliore le rendement et la consommation de carburant, et on rend la combustion particulièrement stable d'un cycle à l'autre.

[0037] De façon particulièrement avantageuse, il peut donc être envisagé selon l'invention de commercialiser des lubrifiants pour moteurs deux temps (deux roues, hors-bord...) additivés de façon à accroître la zone de fonctionnement en auto-allumage.

[0038] Selon un mode de réalisation de l'invention, le lubrifiant additivé est mélangé au carburant par l'utilisateur. Cela peut être le cas des moteurs deux temps alimentés au niveau du réservoir de carburant par un mélange essence huile suivant un pourcentage déterminé.

[0039] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le lubrifiant additivé est introduit à l'admission du moteur. Cela peut être le cas des moteurs deux temps à carter-pompe dits à "graissage séparé" où l'utilisateur remplit deux réservoirs, l'un de carburant l'autre de lubrifiant. Un système de dosage de l'huile peut alors mélanger cette huile au carburant juste avant l'alimentation du carburateur, ou bien ledit système de dosage peut introduire cette huile à l'admission du moteur.

Revendications

1. Procédé d'introduction et de dosage d'additifs dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne consommant dans ladite chambre une quantité de lubrifiant connue et contrôlée, caractérisé en ce que le lubrifiant consommé comprend au moins un additif destiné à favoriser la combustion d'un moteur fonctionnant en auto-allumage contrôlé et à obtenir ainsi un fonctionnement sur une plage plus large de régimes et/ou de charge du moteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant additivé est mélangé au carburant par l'utilisateur.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le lubrifiant additivé est introduit à l'admission du moteur, par un moyen spécifique de dosage.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dosage du lubrifiant est contrôlé par des moyens électroniques en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur tels que le régime, la charge, la présence ou non de cliquetis, le fonctionnement en auto-allumage.

5. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes à un moteur deux temps dont le carter-pompe est lubrifié par huile perdue.

6. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 à un moteur deux temps à compresseur externe.

7. Application selon la revendication 6, caractérisée en ce que la consommation de lubrifiant est réalisée par des fuites contrôlées du lubrifiant dans la chambre de combustion, via les segments du cylindre.

8. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 à un moteur quatre temps dont le carter-pompe est lubrifié par huile perdue.

Ansprüche

1. Verfahren zur Einführung und Dosierung von Additiven in die Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine, die in dieser Kammer eine bekannte und kontrollierte Schmiermittelmenge verbraucht, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Schmiermittel wenigstens ein Additiv umfasst, um die in geregelter Selbstzündung funktionierende Motorverbrennung zu begünstigen und so einen Betrieb über einen größeren Drehzahl- und/oder Motorlastbereich zu erhalten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zugegebene Schmiermittel durch den Anwender mit dem Treibstoff gemischt wird.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zugegebene Schmiermittel durch ein spezifisches Dosierungsmittel am Motoreinlass eingeleitet wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung des Schmiermittels durch elektronische Mittel als Funktion der Motorbetriebsparameter so wie die Drehzahl, die Last, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Klopfen, der Selbstzündungsbetrieb geregelt wird.

5. Anwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auf einen Zweitaktmotor, in welchem die Gehäuse-Pumpe durch Verlustöl geschmiert wird.

6. Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auf einen Zweitaktmotor mit externem Kompressor.

7. Anwendung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelverbrauch durch geregelte Schmiermittelverluste in der Verbrennungskammer über Zylindersegmente realisiert wird.

8. Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auf einen Viertaktmotor, in welchem die Gehäuse-Pumpe durch Verlustöl geschmiert wird.

Claims

1. Method for introducing and metering additives into the combustion chamber of an internal combustion engine consuming a known and controlled quantity of lubricant in said chamber, characterised in that the consumed lubricant comprises at least one additive designed to promote the combustion of an engine operating by controlled auto-ignition and thus obtain operation over a wider engine speed and/or load range.

2. Method according to claim 1, characterised in that the lubricant containing additive is mixed with the fuel by the user.

3. Method according to any one of claims 1 or 2, characterised in that the lubricant containing additive is introduced into the intake of the engine by a specific metering means.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the metering of the lubricant is controlled by electronic means as a function of engine operating parameters such as the engine speed, the load, the presence or not of pinging, the operation by auto-ignition.

5. Application of the method according to any one of the preceding claims to a two-stroke engine the crankcase-pump of which is lubricated by lost oil.

6. Application of the method according to any one of claims 1 to 4 to a two-stroke engine with an external compressor.

7. Application according to claim 6, characterised in that the consumption of lubricant is achieved through controlled leaks of lubricant into the combustion chamber via the rings of the cylinder.

8. Application of the method according to any one of claims 1 to 4 to a four-stroke engine the crankcase-pump of which is lubricated by lost oil.

Dessins