EP2864621A1 - Groupe moteur avec ligne de recirculation - Google Patents

Groupe moteur avec ligne de recirculation

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Publication number
EP2864621A1
EP2864621A1 EP13728490.7A EP13728490A EP2864621A1 EP 2864621 A1 EP2864621 A1 EP 2864621A1 EP 13728490 A EP13728490 A EP 13728490A EP 2864621 A1 EP2864621 A1 EP 2864621A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure exhaust
valve
engine
low pressure
exhaust manifold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13728490.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Diego Rafael Veiga Pagliari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2864621A1 publication Critical patent/EP2864621A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a motor unit of a motor vehicle, including the recirculation line of the exhaust gas.
  • a motor unit comprising a combustion engine which opens, on the one hand, a high-pressure exhaust manifold supplying an exhaust line, and, on the other hand, a low-pressure exhaust manifold supplying fuel. a recirculation line.
  • the invention aims to achieve a motor group configured to allow an improvement in engine efficiency, and thus an increase in consumption gains.
  • the invention relates to a motor unit comprising a combustion engine which opens, on the one hand, a high pressure exhaust manifold supplying an exhaust line, and, on the other hand, a low-pressure exhaust manifold feeding a recirculation line, such as comprises a gas tank which is connected to the engine by an isolation valve which can assume a communication configuration allowing a flow of gases between the engine and the tank, and an isolation configuration preventing this movement.
  • the combustion engine associated with the gas tank makes it possible to use, according to the vehicle life situations, gases contained in the pressure tank to increase the efficiency of the engine, and also to fill the tank, when the vehicle's life situations allow it; and this while keeping the flexibility of the engine group with two high and low pressure exhaust manifolds.
  • the engine comprises combustion chambers, each combustion chamber being connected to the high pressure exhaust manifold by a high pressure exhaust valve and that the collector low pressure exhaust through a low pressure exhaust valve.
  • each combustion chamber being connected to the high pressure exhaust manifold by a high pressure exhaust valve and that the collector low pressure exhaust through a low pressure exhaust valve.
  • the low-pressure exhaust manifold feeds a bypass line that opens into the exhaust line, downstream of a turbocharger turbine and upstream of a pollution control system. .
  • the tank is connected to the engine by the low pressure exhaust manifold.
  • the return of gas from the tank to the engine is therefore preferably only by the low pressure exhaust manifold.
  • the power unit comprises a gas flow control system adapted to put the low pressure exhaust manifold in selective communication with the recirculation line, the bypass line and the reservoir.
  • the present invention relates to a control method of a motor unit comprising a combustion engine which opens, on the one hand, a high pressure exhaust manifold supplying an exhaust line, and, on the other hand, a low pressure exhaust manifold supplying a recirculation line, the engine unit comprising a gas tank connected to the engine, such that the tank is put in communication with the engine only when the exhaust line upstream of the turbine of the turbo compressor (when it is provided, as described above) and the recirculation line are isolated from the engine and the tank.
  • the present invention also relates to a control method of a motor unit comprising a combustion engine which opens, on the one hand, a high pressure exhaust manifold supplying an exhaust line, and, on the other hand, a low pressure exhaust manifold supplying a recirculation line, the engine unit comprising a gas tank connected to the engine, such as the gas tank is connected to the engine by an isolation valve which is given a communication configuration allowing a flow of gas between the engine and the tank, and an insulation configuration preventing this circulation.
  • the low pressure exhaust manifold supplying a bypass line that opens into the exhaust line, downstream of a turbine of a turbocharger and upstream of a pollution control system, the tank is put into communication with the engine only when the bypass line is isolated from the engine and the tank.
  • the engine comprising combustion chambers and each combustion chamber comprising an intake valve and a pneumatic hybridization valve for placing the combustion chamber in communication with the combustion chamber.
  • tank the tank is put in communication with a combustion chamber by the opening of the corresponding pneumatic hybridization valve only when the inlet valve of this chamber is in its closed position.
  • each combustion chamber comprising a high pressure exhaust valve connecting it to the exhaust manifold high pressure, when the tank is put in communication with a combustion chamber by the opening of the corresponding pneumatic hybridization valve, the high pressure exhaust valve of this chamber is kept closed.
  • each combustion chamber being connected to the low pressure exhaust manifold by a low pressure exhaust valve which also performs the function of a pneumatic hybridization valve over a range of positions.
  • angular of pneumatic hybridization crankshaft when the tank is put in communication with a combustion chamber by the opening of a low pressure exhaust valve acting as a pneumatic hybridization valve, the low pressure exhaust valves of others combustion chambers are kept closed.
  • the filling of the tank with gases from a combustion chamber is achieved by placing the reservoir in communication with the combustion chamber when the latter is in the compression phase. and no fuel is injected.
  • the tank is filled by the pumping effect of the engine when no fuel is injected, so that the energy consumption for this filling is zero or almost zero.
  • gas from the tank is introduced into a combustion chamber by opening a pneumatic hybridization valve of this chamber during the expansion phase, when the charge of the engine is weak.
  • the gas exerts on the piston of the combustion chamber an additional pressure to that exerted by the combustion of fuel.
  • gas from the tank is introduced into a combustion chamber by the opening of a pneumatic hybridization valve of this chamber during the compression phase of a mixture of air and fuel.
  • the gas generates a flow increasing the gas mixture in the chamber before combustion, which improves the quality and rigging of the latter.
  • the return of gas from the tank to the engine is according to the invention here only by the low pressure exhaust manifold.
  • Figure 1 illustrates a motor unit according to a configuration according to the present invention
  • Figure 2 illustrates the displacement of the valves and the use of the exhaust gases in the case where the gas tank is not used.
  • Figure 3 is similar to Figure 2, the low pressure exhaust valve being used only as a pneumatic hybridization valve for filling the tank.
  • the invention relates to a motor vehicle, and more particularly to a motor unit 1 of a motor vehicle.
  • the engine group 1 comprises an internal combustion engine 2, in this case a gasoline engine.
  • This engine comprises combustion chambers 3 (here, four in number) which are fueled.
  • Each combustion chamber 3 is supplied with air by an air collector 4 common to all rooms 3, the air collector 4 forming the downstream end of an intake pipe 5.
  • the pipe intake 5 comprises an air valve 6 which controls the flow of air admitted into the engine 2.
  • each combustion chamber 3 From each combustion chamber 3 opens two exhaust pipes 7, 8, one 7, high pressure, connecting the combustion chamber 3 to a high pressure exhaust manifold 9, the other 8, low pressure connecting the combustion chamber 3 to a low-pressure exhaust manifold 10.
  • the engine 2 At the engine 2 are associated two exhaust manifolds 9, 10, each of these two exhaust manifolds 9, 10 being fed by all the chambers engine combustion 2.
  • the two sets of exhaust valves include a series of high pressure exhaust valves for controlling the supply of the high pressure exhaust manifold 9, and a series of of low pressure exhaust valves for controlling the supply of the low pressure exhaust manifold 10.
  • a specific camshaft for each series of valves may be associated with the engine 2.
  • an intake camshaft may be specific to the intake valves.
  • a single exhaust camshaft may be common to the high and low pressure exhaust valves, the cams associated with the high pressure exhaust valves being angularly offset from the cams associated with the low pressure exhaust valves so as to have a decoupling of the supply of the two exhaust manifolds 9, 10. It is also possible to have two exhaust camshafts, one specific for the high pressure exhaust valves, the other specific for the exhaust manifolds. low pressure exhaust valves.
  • the valves (intake or exhaust) can be controlled otherwise than by a camshaft, for example by electromechanical actuators.
  • the high pressure exhaust manifold 9 feeds an exhaust line January 1 which comprises a turbine 12 and, downstream of the latter, a pollution control system 13 for treating the gases before their exit into the atmosphere.
  • the exhaust line January 1 is the only line fed by the high pressure exhaust manifold 9 so that the exhaust gas contained in the latter can only drive the turbine 12 and then be sent to the pollution control system 13.
  • the pollution control system may comprise a catalytic oxidation device for oxidizing in particular the unburnt, carbon monoxide and nitrogen oxides, a catalytic reduction device to reduce in particular the oxides nitrogen.
  • the low-pressure exhaust manifold 10 feeds a recirculation line 14 for the reintroduction of the exhaust gases into the engine 2.
  • the recirculation line 14 opens into the intake pipe 5, upstream of the valve of the engine.
  • the recirculation line 14 opens into the inlet pipe 5 upstream of a compressor 15 which is driven by the turbine 12 and which forms, with the latter, a turbocharger.
  • a heat exchanger 16 is disposed in the intake duct 5 between the compressor 15 and the air valve 6 in order to allow the regulation of the temperature of the gases admitted into the engine 2 (essentially, to allow their cooling) .
  • a recirculation valve 17 is disposed in the recirculation line 14 and controls the flow of gas flowing in the latter.
  • the recirculation line 14 comprises a catalytic device for producing dihydrogen 18 which makes it possible to produce dihydrogen from fuel.
  • the recirculation line 14 comprises, upstream of the catalytic device for producing hydrogen 18, a fuel injector 19 so as to have a sufficient quantity of fuel at the inlet of the catalytic production device. of dihydrogen 18 to allow the production of dihydrogen.
  • Other solutions are possible to allow fuel to be present in the recirculation line 14: for example, a late injection of fuel into at least one combustion chamber 3 when the low pressure exhaust valve associated with this the chamber is in an open position (and preferably when the high pressure exhaust valve associated with this chamber is in a closed position), ie a fuel injection in the intake pipe 5 when the intake valve and the valve low pressure exhaust are both in an open position (and preferably when the high pressure exhaust valve is in a closed position).
  • the recirculation line 14 comprises, upstream of the catalytic device for producing hydrogen 18 and downstream of the fuel injector 19, a heater 20 for increasing the temperature of the gas in order to facilitate the production of dihydrogen is carried out in the catalytic device 18.
  • a cooler 21 for cooling the recirculating gas is disposed in the recirculation line 14, downstream of the catalytic device for producing dihydrogen 18. This cooler 21 allows to cool the recirculation gas once the dihydrogen produced so as to reduce the bulk of the recirculation line 14.
  • the recirculation line 14 comprises, in the present embodiment, from upstream to downstream, from the low pressure exhaust manifold 10: the fuel injector 19, the heater 20, the device catalytic production of dihydrogen 18, the cooler 21 and the recirculation valve 17, before opening into the intake pipe 5.
  • the recirculation line may not include a catalytic device for producing dihydrogen (and therefore, no fuel injector or heater).
  • a bypass line 22 connects the low-pressure exhaust manifold 10 to the exhaust line 1 1 bypassing the turbine 12.
  • the conduct of bypass 22 opens into the exhaust line 1 1 upstream of the treatment system 13.
  • the bypass line 22 and the recirculation line 14 have a common origin low pressure exhaust manifold 10.
  • the engine group 1 comprises a gas flow control system 23 which is adapted to put the low-pressure exhaust manifold 10 in communication with the recirculation line 14 and / or the bypass line 22, or the isolate.
  • This flow control system 23 also makes it possible to control the flow of gas bypassing the turbine 12.
  • the flow control system 23 is disposed at the junction of the low pressure exhaust manifold 10, the recirculation line 14 and the bypass line 22.
  • Figure 2 shows the usual operation of the three sets of engine valves and the use of exhaust gases produced by the engine.
  • the three curves 24, 25, 26 of FIG. 2 represent, respectively, the movement of the high pressure exhaust valves, the low pressure exhaust valves and the intake valves as a function of the angular position of the crankshaft relative to the position of top dead point of combustion (corresponding to 0 °).
  • the two zones 27, 28 which overlap very slightly, represent the use of the exhaust gases produced by the combustion chambers 3.
  • the opening of the high pressure exhaust valves is controlled in advance by an angle of about 100 ° before the control of the opening of the low pressure exhaust valves (in the first embodiment). occurrence, at about 90 ° for the high pressure exhaust valves, and about 190 ° for the low pressure exhaust valves), and that the closing of the high pressure exhaust valves is controlled in advance by an angle of approximately 65 ° before the control of the closing of the low pressure exhaust valves (in this case, about 340 ° for the high pressure exhaust valves, and about 405 ° for the low pressure exhaust valves).
  • the high pressure exhaust valves are the only open valves (from the 90 ° angle to the 190 ° angle), which corresponds to an exclusive high pressure exhaust phase where the turbine 12 is activated by the high pressure exhaust gas.
  • this exclusive high-pressure exhaust phase all the exhaust gases produced in the combustion chambers 3 are used to drive the turbine 12.
  • the high pressure exhaust valves and the low pressure exhaust valves are the only open valves (from the angle 190 ° to the angle 340 °), which corresponds to a phase of mixed exhaust where the two exhaust manifolds 9, 10 are fed, the low-pressure manifold 10 being the most fed collector. It is thus possible, according to the opening and closing angles of the high and low pressure exhaust valves, to send to the turbine 12 the quantity of high pressure exhaust gas necessary to obtain the requested power, then to decrease the flow of the high pressure exhaust gas due to the opening of the low pressure exhaust valves.
  • the first and second time form a high pressure exhaust phase where the turbine 12 is driven by the exhaust gas.
  • the low pressure exhaust valves and the intake valves are the only open valves (from the angle 340 ° to the angle 405 °), which corresponds to an exhaust phase. exclusive low pressure where, because of these positions, it is possible to send fuel into the low-pressure exhaust manifold 10 by injecting the fuel into the intake pipe 5.
  • the second and third times form a low pressure exhaust phase where the recirculation line 14 and the bypass line 22 can be fed alternately or cumulatively in exhaust gas, depending on the configuration of the flow control system 23.
  • the recirculation line 14 comprises a catalytic device for producing hydrogen 18
  • the simultaneous opening of the intake valves and the low pressure exhaust valves during the third time makes it possible to send fresh air directly upstream of the catalytic device for producing dihydrogen 18 and having a favorable richness at the inlet of this catalytic device 18.
  • the third and fourth times form an intake phase where the intake valves are open.
  • the exhaust system with the two high and low pressure exhaust manifolds and the high and low pressure exhaust valves and the control systems of the latter with an angular offset allows better control of the gas distribution. exhaust, by sending to the turbine 12 only the amount of high pressure exhaust gas necessary to the requested power. When this power is reached, the opening of the low-pressure exhaust passage bypasses the turbine by the bypass line, which reduces the pumping effort during the exhaust phase.
  • the pressure in the combustion chambers 3 during the exhaust phase is reduced, they are better drained, and the residual gas content is decreased, which allows to obtain a better phasing of combustion.
  • the two high and low pressure exhaust manifolds with their specific exhaust valves make it possible to independently control the flow of gas sent to the turbine 12 and the gas flow bypassing the latter.
  • the recirculation line 14 which is supplied in parallel with the power supply of the turbine 12 and which opens upstream of the compressor 15 makes it possible to have a potential for the flow of gas. recirculation exhaust higher than in a conventional low-pressure exhaust gas recirculation system without causing significant performance losses imposed by an exhaust supply upstream of a turbine.
  • the engine unit 1 comprising a gas tank 29 which is connected to the engine 2 by a pneumatic hybridization pipe 30 which comprises an isolation valve 31 which can take a communication configuration allowing a circulation of gas between the engine 2 and the reservoir 29 (both in the filling direction of the reservoir 29 by the engine 2 that in the direction of the supply of the motor 2 through the reservoir 29), and an isolation configuration preventing this circulation.
  • the isolation valve 31 is part of the flow control system 23.
  • the reservoir 29 is not powered by a specific exhaust manifold, but uses one of the two high and low pressure collectors 9, 10. In this case, so that the performance of the turbine 12 is not reduced because of the supply of gas to the tank 29, the latter is connected to the engine 2 via the low pressure exhaust manifold.
  • the low-pressure exhaust manifold 10 can supply the recirculation line 14, the bypass line 22 and the pneumatic hybridization line 30.
  • a distribution valve 32 and disposed at the junction of the recirculation line 14, the branch line 22 and the pneumatic hybridization line 30 with the low pressure exhaust manifold 10.
  • the distribution valve 32 is part of the flow control system 23 and comprises two valves for selectively opening and closing the tapping openings of the recirculation line 14 and bypass line 22.
  • This distribution valve 32 at two valves and the isolation valve 31 could be replaced by a three-valve distribution valve, the three valves for selectively opening or closing the three tapping openings of the recirculation line 14, bypass line 22 and the pneumatic hybridization line 30.
  • the valves allowing the communication of the low-pressure exhaust manifold 10 with the combustion chambers 3 for putting the latter into communication with the engine.
  • tank 29 are the low pressure exhaust valves.
  • Low pressure exhaust valves are thus open to ranges of angular positions of crankshaft: one being the range corresponding to the low pressure exhaust, the other to a range corresponding to a pneumatic hybridization.
  • the communication of the reservoir 29 with a combustion chamber 3 of the engine 2 requires the simultaneous opening of the valve disposed between the combustion chamber 3 and the low pressure exhaust manifold 10 and the valve disposed. between this manifold and the reservoir 29.
  • the reservoir 29 is placed in communication with the combustion chambers 3 of the engine 2 only when the recirculation line 14 and the bypass line 22 are isolated from the engine 2 and the reservoir 29.
  • the isolation valve 31 is open only when the two valves of the distribution valve 32 are closed. As a result, when the isolation valve 31 is open, the gases can circulate only between the reservoir 29 and the low-pressure exhaust manifold 10.
  • the reservoir 29 is placed in communication with a combustion chamber 3 by opening the valve corresponding in the range of angular positions of pneumatic hybridization crankshaft only when all the other valves of this chamber are in their closed position.
  • these valves which must be in their closed position are the intake valve and the high pressure exhaust valve.
  • the reservoir 29 is not in communication with a combustion chamber 3 by opening the corresponding valve in the range of angular positions of the pneumatic hybridization crankshaft than when the valves of the other combustion chambers that can feed the low-pressure exhaust manifold 10 are in their closed position.
  • the isolation valve 31 and the low pressure exhaust valve of a combustion chamber 3 are open, the gases can circulate only between the reservoir 29 and this combustion chamber 3.
  • the reservoir is filled when the piston associated with the combustion chamber 3 is in an upward movement, and more specifically, when the combustion chamber 3 is in the compression phase, between the closure of the valve of admission and the top dead spot that follows him.
  • the filling is done when it does not consume significantly energy.
  • the filling is advantageously carried out when there is no fuel introduced into the chamber (which conventionally corresponds to a life phase of the vehicle where the driver does not exert pressure on the accelerator pedal).
  • the isolation valve 31 and the low pressure exhaust valve are opened for a short time so as not to pump all the gas mixture contained in the combustion chamber 3, as shown in FIG. where the curve 33 represents the movement of the low pressure exhaust valve used to fill the reservoir 29.
  • the use of the gas contained in the reservoir 29 can be done in two ways: either as mechanical force exerting on the piston associated with the combustion chamber 3 a source of additional pressure to the pressure resulting from the combustion carried out in the chamber 3, either as a generator of a flow increasing the turbulence of the gaseous mixture to be burned.
  • the pressurized gas contained in the reservoir 29 is used as a mechanical force when the piston associated with the combustion chamber 3 is in a downward movement, in the relaxation phase, and more precisely, just after crossing the top dead center. which follows the combustion. Preferably, this use is performed when the motor 2 is low load.
  • the isolation valve 31 and the low-pressure exhaust valve are opened for a short time in order to optimize the energy consumed and not to use too much of the gas contained in the reservoir 29 .
  • the pressurized gas contained in the reservoir 29 is used as a mixing flow when the piston associated with the combustion chamber 3 is in an upward movement, and more specifically, when the combustion chamber 3 is in the compression phase, between the closing of the intake valve and the next top dead center.
  • the CA50 is of 8 degrees crankshaft.
  • the isolation valve 31 and the low pressure exhaust valve are open for a short time.
  • the low pressure exhaust valve acting as a pneumatic hybridization valve is open around the top dead center of combustion (either before for filling the tank and the use of the gases as turbulent flow, or afterwards for use of gases as a mechanical force). It is also possible that the pneumatic hybridization valve is distinct from the high and low pressure exhaust valves, or even that there are several pneumatic hybridization valves. For example, in the case of two pneumatic hybridization valves, one can open in the compression phase, the other in the expansion phase; it would also be possible to have three pneumatic hybridization valves, one for each of the three different connections between the reservoir 29 and the engine 2.
  • the engine group 1 also includes a valve deactivation system which, when it is activated, to keep closed a valve despite the crank angle which, without this system, would imply its opening.
  • a valve deactivation system which, when it is activated, to keep closed a valve despite the crank angle which, without this system, would imply its opening.
  • Such a system may be, for example, a clutch system associated with a camshaft, or the electromechanical actuators of the valves themselves.
  • the advantage of such a deactivation system lies in the need to keep closed the valve acting as a pneumatic hybridization valve when the life situation of the engine 2 does not correspond to a situation requiring connection.
  • Such a system therefore makes it possible to maintain closed the pneumatic hybridization valve (here, the low pressure exhaust valve) during the compression phase when fuel is introduced into the combustion chamber 3 (the filling of the reservoir 29 is then not relevant) or when the introduction of a turbulent flow is not necessary, and during the expansion phase when the engine is not in low load (the additional mechanical force is then superfluous).
  • the system also makes it possible to keep closed the valves opening into the low-pressure exhaust manifold 10 of the combustion chambers other than that which is placed in communication with the tank.
  • This system may be necessary if the pneumatic hybridization valve (here, the low-pressure exhaust valve) theoretically opens simultaneously with a low-pressure exhaust valve in the exhaust phase. The need for such a system therefore depends in particular on the number of combustion chambers 3 of the engine 2.
  • Such a system thus allows to determine on a case by case basis, depending on the life situation of the vehicle, which valve of which chamber must be kept closed at such or such angular position of the crankshaft.
  • valve deactivation system allows, also, when it is activated, to keep closed at least one high pressure exhaust valve of at least one combustion chamber.
  • the exhaust gases which remain confined in the combustion chamber by maintaining the high pressure exhaust valve in a closed position feed the low pressure exhaust manifold 10 as soon as the low exhaust valve pressure of this chamber 3 opens.
  • the amount of fuel introduced into each combustion chamber 3 of the engine 2 can be determined so that the fuel richness of the exhaust gas produced in this chamber 3 reaches a certain value.
  • the amount of fuel introduced into each combustion chamber 3 whose high pressure exhaust valve is intended to be kept closed during the next high pressure exhaust phase is determined so that the exhaust gas produced by this room 3 has a richness of at least 1.
  • the high pressure exhaust valve of at least one combustion chamber is deactivated and the gas control system is put in its configuration obliging the exhaust gases from the low-pressure exhaust manifold 10 to circulate in the recirculation line 14.
  • exhaust gas circulating in the recirculation line 14 with a richness greater than 1, and this of more so if the combustion chamber 3 whose high-pressure exhaust valve is deactivated receives a large amount of fuel.
  • the invention thus optimizes the flow of gas associated with the engine 2 by allowing multiple operation of the exhaust gas distribution: at low load of the engine 2, the low pressure exhaust manifold 10 is used to put in communicating the engine 2 and the reservoir 29; at medium and high load (in the atmosphere and supercharging zone), the collector 10 is used to isolate the recirculation line of the exhaust line and optimize the combustion of the engine due to the enrichment of the recirculating gases; and at high load (in the supercharging zone), the low-pressure exhaust manifold makes it possible to introduce the gases to the exhaust line, and possibly to the recirculation line.
  • the recirculation line 14 may not include a catalytic device for producing dihydrogen, the dihydrogen circulating in the recirculation line 14 is then produced by the fuel enrichment in the combustion chamber 3 whose exhaust valve high pressure is off.

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Abstract

L'invention concerne un groupe moteur (1) comprenant un moteur à combustion (2) duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression (9) alimentant une ligne d'échappement (11), et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression (10) alimentant une ligne de recirculation (14). Selon l'invention, le groupe moteur (1) comprend un réservoir (29) à gaz qui est relié au moteur (2) par une vanne d'isolation (31) pouvant prendre une configuration de communication permettant une circulation des gaz entre le moteur (2) et le réservoir (29), et une configuration d'isolation empêchant cette circulation.

Description

GROUPE MOTEUR AVEC LIGNE DE RECIRCULATION
[001 ] L'invention concerne un groupe moteur d'un véhicule automobile, et notamment la ligne de recirculation des gaz d'échappement.
[002] On connaît un groupe moteur comprenant un moteur à combustion duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression alimentant une ligne d'échappement, et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression alimentant une ligne de recirculation.
[003] L'invention vise à réaliser un groupe moteur configuré pour permettre une amélioration du rendement du moteur, et ainsi une augmentation des gains en consommation.
[004] Selon un premier aspect, l'invention concerne un groupe moteur comprenant un moteur à combustion duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression alimentant une ligne d'échappement, et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression alimentant une ligne de recirculation, tel qu'il comprend un réservoir à gaz qui est relié au moteur par une vanne d'isolation pouvant prendre une configuration de communication permettant une circulation des gaz entre le moteur et le réservoir, et une configuration d'isolation empêchant cette circulation.
[005] Le moteur à combustion associé au réservoir à gaz permet d'utiliser, selon les situations de vie du véhicule, des gaz contenus dans le réservoir sous pression pour augmenter l'efficacité du moteur, et permet également de remplir le réservoir, quand les situations de vie du véhicule le permettent ; et ceci tout en gardant la flexibilité du groupe moteur à deux collecteurs d'échappement haute et basse pression.
[006] Selon une premier mode de réalisation particulier, le moteur comprend des chambres de combustion, chaque chambre de combustion n'étant reliée qu'au collecteur d'échappement haute pression par une soupape d'échappement haute pression et qu'au collecteur d'échappement basse pression par une soupape d'échappement basse pression. [007] De ce fait, l'absence de soupape spécifique pour permettre la connexion du réservoir aux chambres de combustion permet de l'augmentation du nombre de pièces constitutives du groupe moteur.
[008] Selon un second mode de réalisation, le collecteur d'échappement basse pression alimente une conduite de dérivation qui débouche dans la ligne d'échappement, en aval d'une turbine d'un turbocompresseur et en amont d'un système de dépollution.
[009] Selon un troisième mode de réalisation, le réservoir est relié au moteur par le collecteur d'échappement basse pression. Avantageusement il n'est relié au moteur uniquement via le collecteur d'échappement : la restitution de gaz du réservoir au moteur se fait donc de préférence uniquement par le collecteur d'échappement basse pression.
[0010] De ce fait, la mise en communication du réservoir avec le moteur n'a pas d'influence sur la turbine.
[001 1 ] Selon un quatrième mode de réalisation, le groupe moteur comprend un système de contrôle des flux des gaz adapté à mettre le collecteur d'échappement basse pression en communication sélective avec la ligne de recirculation, la conduite de dérivation et le réservoir.
[0012] Il est ainsi possible d'obliger les gaz à ne circuler qu'entre le moteur et le réservoir quand ces deux éléments sont mis en communication.
[0013] Selon un second aspect, la présente invention concerne un procédé de commande d'un groupe moteur comprenant un moteur à combustion duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression alimentant une ligne d'échappement, et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression alimentant une ligne de recirculation, le groupe moteur comprenant un réservoir à gaz relié au moteur, tel que le réservoir n'est mis en communication avec le moteur que lorsque la ligne d'échappement en amont de la turbine du turbo compresseur (quand il est prévu, comme décrit plus haut) et la ligne de recirculation sont isolées du moteur et du réservoir.
[0014] La présente invention concerne également un procédé de commande d'un groupe moteur comprenant un moteur à combustion duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression alimentant une ligne d'échappement, et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression alimentant une ligne de recirculation, le groupe moteur comprenant un réservoir à gaz relié au moteur, tel que le réservoir à gaz est relié au moteur par une vanne d'isolation à qui l'on donne une configuration de communication permettant une circulation des gaz entre le moteur et le réservoir, et une configuration d'isolation empêchant cette circulation.
[0015] De ce fait, quand le réservoir et le moteur sont mis en communication, il n'y a pas de fuite de gaz en direction de la ligne d'échappement ni en direction de la ligne de recirculation.
[0016] Selon un premier mode de réalisation du second aspect, le collecteur d'échappement basse pression alimentant une conduite de dérivation qui débouche dans la ligne d'échappement, en aval d'une turbine d'un turbocompresseur et en amont d'un système de dépollution, le réservoir n'est mis en communication avec le moteur que lorsque la conduite de dérivation est isolée du moteur et du réservoir.
[0017] De ce fait, quand le réservoir et le moteur sont mis en communication, il n'y a pas de fuite de gaz en direction de la conduite de dérivation.
[0018] Selon un second mode de réalisation du second aspect, le moteur comprenant des chambres de combustion et chaque chambre de combustion comprenant une soupape d'admission et une soupape d'hybridation pneumatique permettant la mise en communication de la chambre de combustion avec le réservoir, le réservoir n'est mis en communication avec une chambre de combustion par l'ouverture de la soupape d'hybridation pneumatique correspondante que lorsque la soupape d'admission de cette chambre est dans sa position fermée.
[0019] De ce fait, quand le réservoir et une chambre de combustion sont mis en communication, il n'y a pas de fuite de gaz en direction de la ligne d'admission d'air.
[0020] Selon un troisième mode de réalisation du second aspect, chaque chambre de combustion comprenant une soupape d'échappement haute pression la reliant au collecteur d'échappement haute pression, quand le réservoir est mis en communication avec une chambre de combustion par l'ouverture de la soupape d'hybridation pneumatique correspondante, la soupape d'échappement haute pression de cette chambre est maintenue fermée.
[0021 ] De ce fait, quand le réservoir et une chambre de combustion sont mis en communication, il n'y a pas de fuite de gaz en direction du collecteur d'échappement haute pression.
[0022] Selon un quatrième mode de réalisation du second aspect, chaque chambre de combustion étant reliée au collecteur d'échappement basse pression par une soupape d'échappement basse pression qui assure également la fonction de soupape d'hybridation pneumatique sur une plage de positions angulaires de vilebrequin d'hybridation pneumatique, quand le réservoir est mis en communication avec une chambre de combustion par l'ouverture d'une soupape d'échappement basse pression agissant comme soupape d'hybridation pneumatique, les soupapes d'échappement basse pression des autres chambres de combustion sont maintenues fermées.
[0023] De ce fait, quand le réservoir et une chambre de combustion sont mis en communication, il n'y a pas de fuite de gaz en direction des autres chambres de combustion du moteur.
[0024] Selon un cinquième mode de réalisation du second aspect, le remplissage du réservoir par des gaz provenant d'une chambre de combustion est réalisé par la mise en communication du réservoir avec cette chambre de combustion quand celle-ci est en phase de compression et qu'aucun carburant n'y est injecté.
[0025] De ce fait, le remplissage du réservoir est réalisé par l'effet de pompage du moteur quand aucun carburant n'est injecté, de sorte que la consommation énergétique pour ce remplissage est nulle ou quasi nulle.
[0026] Selon un sixième mode de réalisation du second aspect, du gaz provenant du réservoir est introduit dans une chambre de combustion par l'ouverture d'une soupape d'hybridation pneumatique de cette chambre pendant la phase de détente, quand la charge du moteur est faible. [0027] De ce fait, le gaz exerce sur le piston de la chambre de combustion une pression supplémentaire à celle exercée par la combustion de carburant.
[0028] Selon un septième mode de réalisation du second aspect, du gaz provenant du réservoir est introduit dans une chambre de combustion par l'ouverture d'une soupape d'hybridation pneumatique de cette chambre pendant la phase de compression d'un mélange d'air et de carburant.
[0029] De ce fait, le gaz génère un flux augmentant le mélange des gaz dans la chambre avant leur combustion, ce qui permet d'améliorer la qualité et le calage de cette dernière.
[0030] A noter que dans l'invention, de préférence, la restitution de gaz provenant du réservoir vers le moteur se fait selon l'invention ici uniquement par le collecteur d'échappement basse pression.
[0031 ] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
• la figure 1 illustre un groupe moteur selon une configuration conforme à la présente invention ;
• la figure 2 illustre le déplacement des soupapes et l'utilisation des gaz d'échappement dans le cas où le réservoir à gaz n'est pas utilisé ; et
• la figure 3 est similaire à la figure 2, la soupape d'échappement basse pression étant utilisée uniquement comme soupape d'hybridation pneumatique permettant le remplissage du réservoir.
[0032] L'invention se rapporte à un véhicule automobile, et plus particulièrement à un groupe moteur 1 d'un véhicule automobile.
[0033] Le groupe moteur 1 comprend un moteur à combustion interne 2, en l'occurrence, un moteur à essence. Ce moteur comprend des chambres de combustion 3 (ici, au nombre de quatre) qui sont alimentées en carburant.
[0034] Chaque chambre de combustion 3 est alimentée en air par un collecteur d'air 4 commun à toutes les chambres 3, le collecteur d'air 4 formant l'extrémité aval d'une conduite d'admission 5. La conduite d'admission 5 comprend une vanne d'air 6 qui permet de contrôler le débit d'air admis dans le moteur 2.
[0035] De chaque chambre de combustion 3 débouche deux conduites d'échappement 7, 8, l'une 7, haute pression, reliant la chambre de combustion 3 à un collecteur d'échappement haute pression 9, l'autre 8, basse pression, reliant la chambre de combustion 3 à un collecteur d'échappement basse pression 10. Ainsi, au moteur 2 sont associés deux collecteurs d'échappement 9, 10, chacun de ces deux collecteurs d'échappement 9, 10 étant alimenté par toutes les chambres de combustion du moteur 2.
[0036] Au moteur 2 sont également associées trois séries de soupapes : une série de soupapes d'admission permettant de contrôler l'admission d'air dans les chambres de combustion 3, et deux séries de soupape d'échappement permettant de contrôler l'échappement des gaz d'échappement hors des chambres de combustion 3. Les deux séries de soupapes d'échappement comprennent une série de soupape d'échappement haute pression permettant le contrôle de l'alimentation du collecteur d'échappement haute pression 9, et une série de soupapes d'échappement basse pression permettant le contrôle de l'alimentation du collecteur d'échappement basse pression 10.
[0037] Un arbre à cames spécifique pour chaque série de soupapes peut être associé au moteur 2. Ainsi, classiquement, un arbre à cames d'admission peut être spécifique aux soupapes d'admission. Un arbre à cames d'échappement unique peut être commun aux soupapes d'échappement haute et basse pression, les cames associées aux soupapes d'échappement haute pression étant décalées angulairement par rapport aux cames associées aux soupapes d'échappement basse pression de façon à avoir un découplage de l'alimentation des deux collecteurs d'échappement 9, 10. Il est également possible d'avoir deux arbres à cames d'échappement, l'un spécifique pour les soupapes d'échappement haute pression, l'autre spécifique pour les soupapes d'échappement basse pression. En outre, les soupapes (d'admission ou d'échappement) peuvent être commandées autrement que par un arbre à cames, par exemple par des actionneurs électromécaniques. [0038] Le collecteur d'échappement haute pression 9 alimente une ligne d'échappement 1 1 qui comprend une turbine 12 et, en aval de cette dernière, un système de dépollution 13 permettant de traiter les gaz avant leur sortie dans l'atmosphère. Dans le présent exemple, la ligne d'échappement 1 1 est la seule ligne alimentée par le collecteur d'échappement haute pression 9 de sorte que les gaz d'échappement contenus dans ce dernier ne peuvent qu'entraîner la turbine 12 puis être envoyés dans le système de dépollution 13. Typiquement, le système de dépollution peut comprendre un dispositif catalytique d'oxydation permettant d'oxyder notamment les imbrûlés, le monoxyde de carbone et les oxydes d'azote, un dispositif catalytique de réduction permettant de réduire notamment les oxydes d'azote.
[0039] Le collecteur d'échappement basse pression 10 alimente une ligne de recirculation 14 permettant la réintroduction des gaz d'échappement dans le moteur 2. La ligne de recirculation 14 débouche dans la conduite d'admission 5, en amont de la vanne d'air 6. Par ailleurs, la ligne de recirculation 14 débouche dans la conduite d'admission 5 en amont d'un compresseur 15 qui est entraîné par la turbine 12 et qui forme, avec cette dernière, un turbocompresseur. Classiquement un échangeur de chaleur 16 est disposé dans la conduite d'admission 5 entre le compresseur 15 et la vanne d'air 6 afin de permettre la régulation de la température des gaz admis dans le moteur 2 (essentiellement, afin de permettre leur refroidissement).
[0040] De plus, une vanne de recirculation 17 est disposée dans la ligne de recirculation 14 et permet de contrôler le débit de gaz circulant dans cette dernière.
[0041 ] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , la ligne de recirculation 14 comprend un dispositif catalytique de production de dihydrogène 18 qui permet de produire du dihydrogène à partir de carburant.
[0042] En outre, dans cet exemple, la ligne de recirculation 14 comprend, en amont du dispositif catalytique de production de dihydrogène 18, un injecteur de carburant 19 afin d'avoir une quantité suffisante de carburant en entrée du dispositif catalytique de production de dihydrogène 18 pour permettre la production de dihydrogène. D'autres solutions sont possibles pour permettre à du carburant d'être présent dans la ligne de recirculation 14 : par exemple, soit une injection tardive de carburant dans au moins une chambre de combustion 3 quand la soupape d'échappement basse pression associée à cette chambre est dans une position ouverte (et de préférence quand la soupape d'échappement haute pression associée à cette chambre est dans une position fermée), soit une injection de carburant dans la conduite d'admission 5 quand la soupape d'admission et la soupape d'échappement basse pression sont toutes deux dans une position ouverte (et de préférence quand la soupape d'échappement haute pression est dans une position fermée).
[0043] Par ailleurs, toujours dans cet exemple, la ligne de recirculation 14 comprend, en amont du dispositif catalytique de production d'hydrogène 18 et en aval de l'injecteur de carburant 19, un réchauffeur 20 permettant d'augmenter la température des gaz de façon à faciliter la production de dihydrogène se réalise dans le dispositif catalytique 18.
[0044] De plus, un refroidisseur 21 permettant de refroidir les gaz en recirculation est disposé dans la ligne de recirculation 14, en aval du dispositif catalytique de production de dihydrogène 18. Ce refroidisseur 21 permet de refroidir les gaz de recirculation une fois le dihydrogène produit de façon à réduire l'encombrement de la ligne de recirculation 14.
[0045] De ce fait, la ligne de recirculation 14 comprend, dans le présent mode de réalisation, d'amont en aval, depuis le collecteur d'échappement basse pression 10 : l'injecteur de carburant 19, le réchauffeur 20, le dispositif catalytique de production de dihydrogène 18, le refroidisseur 21 et la vanne de recirculation 17, avant de déboucher dans la conduite d'admission 5.
[0046] La ligne de recirculation pourrait ne pas comprendre de dispositif catalytique de production de dihydrogène (et en conséquence, pas d'injecteur de carburant, ni de réchauffeur).
[0047] Par ailleurs, dans le présent mode de réalisation, une conduite de dérivation 22 relie le collecteur d'échappement basse pression 10 à la ligne d'échappement 1 1 en contournant la turbine 12. Ici, la conduite de dérivation 22 débouche dans la ligne d'échappement 1 1 en amont du système de traitement 13. Ainsi, la ligne de dérivation 22 et la ligne de recirculation 14 ont pour origine commune le collecteur d'échappement basse pression 10.
[0048] Le groupe moteur 1 comprend un système de contrôle des flux des gaz 23 qui est adapté à mettre le collecteur d'échappement basse pression 10 en communication avec la ligne de recirculation 14 et/ou la conduite de dérivation 22, ou de les isoler. Ce système de contrôle des flux 23 permet également de contrôler le débit de gaz contournant la turbine 12.
[0049] Dans le présent mode de réalisation, le système de contrôle des flux 23 est disposé à la jonction du collecteur d'échappement basse pression 10, de la ligne de recirculation 14 et de la ligne de dérivation 22.
[0050] La figure 2 représente le fonctionnement usuel des trois séries de soupapes du moteur et l'usage des gaz d'échappement produits par le moteur. Les trois courbes 24, 25, 26 de la figure 2 représentent, respectivement, le mouvement des soupapes d'échappement haute pression, des soupapes d'échappement basse pression et des soupapes d'admission en fonction de la position angulaire du vilebrequin par rapport à la position de point mort haut de combustion (correspondant à 0°). Les deux zones 27, 28 qui se chevauchent très légèrement, représentent l'utilisation des gaz d'échappement produits par les chambres de combustion 3.
[0051 ] Dans le présent mode de réalisation, l'ouverture des soupapes d'échappement haute pression est commandée en avance d'un angle d'environ 100° avant la commande de l'ouverture des soupapes d'échappement basse pression (en l'occurrence, à environ 90° pour les soupapes d'échappement haute pression, et environ 190° pour les soupapes d'échappement basse pression), et que la fermeture des soupapes d'échappement haute pression est commandée en avance d'un angle d'environ 65° avant la commande de la fermeture des soupapes d'échappement basse pression (en l'occurrence, à environ 340° pour les soupapes d'échappement haute pression, et environ 405° pour les soupapes d'échappement basse pression). [0052] Ainsi, après la combustion du carburant dans une chambre de combustion 3 (angle à 0°) :
[0053] Dans un premier temps, les soupapes d'échappement haute pression sont les seules soupapes ouvertes (de l'angle 90° à l'angle 190°), ce qui correspond à une phase d'échappement haute pression exclusive où la turbine 12 est activée par les gaz d'échappement haute pression. De ce fait, lors de cette phase d'échappement haute pression exclusive, tous les gaz d'échappement produits dans les chambres de combustion 3 sont utilisés pour entraîner la turbine 12.
[0054] Dans un second temps, les soupapes d'échappement haute pression et les soupapes d'échappement basse pression sont les seules soupapes ouvertes (de l'angle 190° à l'angle 340°), ce qui correspond à une phase d'échappement mixte où les deux collecteurs d'échappement 9, 10 sont alimentés, le collecteur basse pression 10 étant le collecteur le plus alimenté. Il est ainsi possible, selon les angles d'ouverture et de fermeture des soupapes d'échappement haute et basse pression, d'envoyer à la turbine 12 la quantité de gaz d'échappement haute pression nécessaire pour obtenir la puissance demandée, puis de diminuer le débit des gaz d'échappement haute pression du fait de l'ouverture des soupapes d'échappement basse pression.
[0055] Les premier et second temps forment une phase d'échappement haute pression où la turbine 12 est entraînée par les gaz d'échappement.
[0056] Dans un troisième temps, les soupapes d'échappement basse pression et les soupapes d'admission sont les seules soupapes ouvertes (de l'angle 340° à l'angle 405°), ce qui correspond à une phase d'échappement basse pression exclusive où, du fait de ces positions, il est possible d'envoyer du carburant dans le collecteur d'échappement basse pression 10 en injectant le carburant dans la conduite d'admission 5.
[0057] Les second et troisième temps forment une phase d'échappement basse pression où la ligne de recirculation 14 et la conduite de dérivation 22 peuvent être alimentées alternativement ou cumulativement en gaz d'échappement, selon la configuration du système de contrôle des flux 23.
[0058] En outre, dans le cas où la ligne de recirculation 14 comprend un dispositif catalytique de production de dihydrogène 18, l'ouverture simultanée des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement basse pression pendant le troisième temps permet d'envoyer de l'air frais directement en amont du dispositif catalytique de production de dihydrogène 18 et d'avoir une richesse favorable à l'entrée de ce dispositif catalytique 18.
[0059] Dans un quatrième temps, seules les soupapes d'admission sont ouvertes (de l'angle 405° à l'angle 595°).
[0060] Les troisième et quatrième temps forment une phase d'admission où les soupapes d'admission sont ouvertes.
[0061 ] Il est ainsi possible, selon le choix de l'envoi des gaz d'échappement basse pression, de n'utiliser que la ligne de recirculation 14 (avec également une possibilité d'enrichissement des gaz en dihydrogène en cas de présence d'un dispositif catalytique de production de dihydrogène 18. Dans ce cas, tout le gaz d'échappement collecté par le collecteur d'échappement basse pression 10 est recirculé par la ligne de recirculation 14.
[0062] Alternativement, il est également possible de
n'utiliser que la ligne d'échappement 1 1 en empruntant la ligne de dérivation 22 (utilisée comme une soupape de décharge de la turbine 12). Dans ce cas, tout le gaz d'échappement collecté par le collecteur d'échappement basse pression 10 est évacué dans la ligne d'échappement 1 1 en empruntant la ligne de dérivation 22.
[0063] Il est également possible d'utiliser à la fois la ligne de recirculation 14 et la ligne d'échappement 1 1 en empruntant la ligne de dérivation 22, en combinant ainsi les deux variantes précédentes. En effet, dans ce dernier cas, le gaz d'échappement collecté par le collecteur d'échappement basse pression 10 est pour partie recirculé via la ligne de recirculation 14 et pour partie évacué dans la ligne d'échappement via la ligne de dérivation 22, ce qui ainsi un moyen de réglage supplémentaire du taux de recirculation de gaz selon la proportion choisie entre gaz recirculé et gaz évacué.
[0064] Le système d'échappement avec les deux collecteurs d'échappement haute et basse pression et les soupapes d'échappement haute et basse pression et les systèmes de commande de ces dernières avec un décalage angulaire permet de mieux contrôler la distribution des gaz d'échappement, en envoyant à la turbine 12 uniquement la quantité de gaz d'échappement haute pression nécessaire à la puissance demandée. Lorsque cette puissance est atteinte, l'ouverture du passage des gaz d'échappement basse pression permet de contourner la turbine par la conduite de dérivation, ce qui permet de réduire l'effort de pompage pendant la phase d'échappement.
[0065] De plus, la pression dans les chambres de combustion 3 pendant la phase d'échappement est réduite, celles-ci sont donc mieux vidangées, et le taux de gaz résiduel est diminué, ce qui permet d'obtenir un meilleur phasage de la combustion.
[0066] En outre les deux collecteurs d'échappement haute et basse pression avec leurs soupapes d'échappement spécifiques permettent de contrôler de façon indépendante le débit de gaz envoyé à la turbine 12 et le débit de gaz contournant cette dernière.
[0067] Par ailleurs, dans ce système d'échappement, la ligne de recirculation 14 qui est alimenté en parallèle de l'alimentation de la turbine 12 et qui débouche en amont du compresseur 15 permet d'avoir un potentiel de débit de gaz d'échappement en recirculation plus élevé que dans un système de recirculation des gaz d'échappement basse pression classique sans entraîner des pertes de performance importantes imposées par une alimentation par un échappement en amont d'une turbine.
[0068] Selon l'invention, le groupe moteur 1 comprenant un réservoir à gaz 29 qui est relié au moteur 2 par une conduite d'hybridation pneumatique 30 qui comprend une vanne d'isolation 31 pouvant prendre une configuration de communication permettant une circulation des gaz entre le moteur 2 et le réservoir 29 (à la fois dans le sens de remplissage du réservoir 29 par le moteur 2 que dans le sens de l'alimentation du moteur 2 par le réservoir 29), et une configuration d'isolation empêchant cette circulation. La vanne d'isolation 31 fait partir du système de contrôle des flux 23.
[0069] Dans le présent mode de réalisation, afin de limiter les éléments structurels du groupe moteur, le réservoir 29 n'est pas alimenté par un collecteur d'échappement spécifique, mais utilise l'un des deux collecteurs haute et basse pression 9, 10. En l'occurrence, afin que la performance de la turbine 12 ne soit pas diminuée du fait de l'alimentation en gaz du réservoir 29, ce dernier est relié au moteur 2 par l'intermédiaire du collecteur d'échappement basse pression.
[0070] Ainsi, le collecteur d'échappement basse pression 10 peut alimenter la ligne de recirculation 14, la conduite de dérivation 22 et la conduite d'hybridation pneumatique 30.
[0071 ] Et la restitution de gaz provenant du réservoir 29 vers le moteur se fait selon l'invention ici uniquement par le collecteur d'échappement basse pression 10.
[0072] Dans le présent exemple, une vanne de distribution 32 et disposée à la jonction de la ligne de recirculation 14, de la conduite de dérivation 22 et de la conduite d'hybridation pneumatique 30 avec le collecteur d'échappement basse pression 10. La vanne de distribution 32 fait partie du système de contrôle des flux 23 et comprend deux clapets permettant d'ouvrir et fermer sélectivement les ouvertures de piquage de la ligne de recirculation 14 et de la conduite de dérivation 22. Cette vanne de distribution 32 à deux clapets et la vanne d'isolation 31 pourraient être remplacées par une vanne de distribution à trois clapets, les trois clapets permettant d'ouvrir ou fermer sélectivement les trois ouvertures de piquage de la ligne de recirculation 14, de la conduite de dérivation 22 et de la conduite d'hybridation pneumatique 30.
[0073] Par ailleurs, toujours dans le but de limiter les éléments structurels du groupe moteur, les soupapes permettant la mise en communication du collecteur d'échappement basse pression 10 avec les chambres de combustion 3 pour la mise en communication de ces dernières avec le réservoir 29 sont les soupapes d'échappement basse pression. Les soupapes d'échappement basse pression sont ainsi ouvertes à plages de positions angulaires de vilebrequin : l'une étant la plage correspondant à l'échappement basse pression, l'autre à une plage correspondant à une hybridation pneumatique.
[0074] Ainsi, la mise en communication du réservoir 29 avec une chambre de combustion 3 du moteur 2 nécessite l'ouverture simultanée de la soupape disposée entre la chambre de combustion 3 et la collecteur d'échappement basse pression 10 et de la vanne disposée entre ce collecteur et le réservoir 29.
[0075] Afin de limiter les pertes de charge du gaz devant communiquer entre le réservoir 29 et les chambres de combustion 3, le réservoir 29 n'est mis en communication avec les chambres de combustion 3 du moteur 2 que lorsque la ligne de recirculation 14 et la conduite de dérivation 22 sont isolées du moteur 2 et du réservoir 29. Ainsi, la vanne d'isolation 31 n'est ouverte que lorsque les deux clapets de la vanne de distribution 32 sont fermés. De ce fait, quand la vanne d'isolation 31 est ouverte, les gaz ne peuvent circuler qu'entre le réservoir 29 et le collecteur d'échappement basse pression 10.
[0076] Également dans le but de limiter les pertes de charge du gaz devant communiquer entre le réservoir 29 et les chambres de combustion 3, le réservoir 29 n'est mis en communication avec une chambre de combustion 3 par l'ouverture de la soupape correspondante dans la plage de positions angulaires de vilebrequin d'hybridation pneumatique que lorsque toutes les autres soupapes de cette chambre sont dans leur position fermée. Dans le présent mode de réalisation, ces soupapes qui doivent être dans leur position fermée sont la soupape d'admission et la soupape d'échappement haute pression.
[0077] Toujours dans ce même but, le réservoir 29 n'est mis en communication avec une chambre de combustion 3 par l'ouverture de la soupape correspondante dans la plage de positions angulaires de vilebrequin d'hybridation pneumatique que lorsque les soupapes des autres chambres de combustion pouvant alimenter le collecteur d'échappement basse pression 10 sont dans leur position fermée.
[0078] De ce fait, quand la vanne d'isolation 31 et la soupape d'échappement basse pression d'une chambre de combustion 3 sont ouvertes, les gaz ne peuvent circuler qu'entre le réservoir 29 et cette chambre de combustion 3.
[0079] Le remplissage du réservoir s'effectue quand le piston associé à la chambre de combustion 3 est dans un mouvement ascendant, et plus précisément, quand la chambre de combustion 3 est en phase de compression, entre la fermeture de la soupape d'admission et le point mort haut qui lui succède. De préférence, le remplissage s'effectue quand il ne consomme pas de manière significative de l'énergie. Ainsi, le remplissage s'effectue avantageusement quand il n'y a pas de carburant introduit dans la chambre (ce qui correspond classiquement à une phase de vie du véhicule où le conducteur n'exerce pas de pression sur la pédale d'accélération). Afin de réaliser le remplissage, la vanne d'isolation 31 et la soupape d'échappement basse pression sont ouvertes pendant un faible instant afin de ne pas pomper tout le mélange de gaz contenu dans la chambre de combustion 3, comme représente à la figure 3 où la courbe 33 représente le mouvement de la soupape d'échappement basse pression utilisée pour remplir le réservoir 29.
[0080] L'utilisation du gaz contenu dans le réservoir 29 peut se faire de deux façons : soit comme force mécanique exerçant sur le piston associé à la chambre de combustion 3 une source de pression supplémentaire à la pression issue de la combustion réalisée dans la chambre 3, soit comme générateur d'un flux augmentant la turbulence du mélange gazeux destiné à être brûlé.
[0081 ] Le gaz sous pression contenu dans le réservoir 29 est utilisé comme force mécanique quand le piston associé à la chambre de combustion 3 est dans un mouvement descendant, en phase de détente, et plus précisément, juste après le franchissement du point mort haut qui succède à la combustion. De préférence, cette utilisation est réalisée quand le moteur 2 est à faible charge. Afin de réaliser cette force mécanique, la vanne d'isolation 31 et la soupape d'échappement basse pression sont ouvertes pendant un faible instant afin d'optimiser l'énergie consommée et ne pas utiliser une quantité trop importante du gaz contenu dans le réservoir 29. [0082] Le gaz sous pression contenu dans le réservoir 29 est utilisé comme flux de mélange quand le piston associé à la chambre de combustion 3 est dans un mouvement ascendant, et plus précisément, quand la chambre de combustion 3 est en phase de compression, entre la fermeture de la soupape d'admission et le point mort haut qui lui succède. L'augmentation de la turbulence dans la chambre de combustion avant la combustion permet d'avoir une combustion très rapide et bien calée : le CA50 est de 8 degré vilebrequin. Là encore, la vanne d'isolation 31 et la soupape d'échappement basse pression sont ouvertes pendant un faible instant.
[0083] Ainsi, la soupape d'échappement basse pression agissant comme soupape d'hybridation pneumatique est ouverte autour du point mort haut de combustion (soit avant pour le remplissage du réservoir et l'utilisation des gaz comme flux turbulent, soit après pour l'utilisation des gaz comme force mécanique). Il serait par ailleurs possible que la soupape d'hybridation pneumatique soit distincte des soupapes d'échappement haute et basse pression, ou même qu'il y ait plusieurs soupapes d'hybridation pneumatiques. Par exemple, dans le cas de deux soupapes d'hybridation pneumatiques, l'une peut s'ouvrir en phase de compression, l'autre en phase de détente ; il serait également possible d'avoir trois soupapes d'hybridation pneumatique, une pour chacune des trois mises en communication différentes entre le réservoir 29 et le moteur 2.
[0084] Le groupe moteur 1 comprend également un système de désactivation de soupapes qui permet, quand il est activé, de maintenir fermée une soupape malgré l'angle de vilebrequin qui, sans ce système, impliquerait son ouverture. Un tel système peut être, par exemple, un système d'embrayage associé à un arbre à cames, ou encore les actionneurs électromécaniques des soupapes eux-mêmes.
[0085] L'intérêt d'un tel système de désactivation réside dans la nécessité de devoir maintenir fermée la soupape faisant office de soupape d'hybridation pneumatique quand la situation de vie du moteur 2 ne correspond pas à une situation demandant une mise en connexion du réservoir 29 avec le moteur 2. Un tel système permet donc de maintenir fermée la soupape d'hybridation pneumatique (ici, la soupape d'échappement basse pression) pendant la phase de compression quand du carburant est introduit dans la chambre de combustion 3 (le remplissage du réservoir 29 n'est alors pas pertinent) ou quand l'introduction d'un flux turbulent n'est pas nécessaire, et pendant la phase de détente quand le moteur n'est pas en faible charge (la force mécanique supplémentaire est alors superflue).
[0086] Le système permet également de maintenir fermée les soupapes débouchant dans le collecteur d'échappement basse pression 10 des chambres de combustion autres que celle qui est mise en communication avec le réservoir. Ce système peut s'avérer nécessaire si la soupape d'hybridation pneumatique (ici, la soupape d'échappement basse pression) s'ouvre théoriquement simultanément avec une soupape d'échappement basse pression en phase d'échappement. La nécessité d'un tel système dépend donc notamment du nombre de chambres de combustion 3 du moteur 2.
[0087] Un tel système permet ainsi de déterminer au cas par cas, selon la situation de vie du véhicule, quelle soupape de quelle chambre doit être maintenue fermée à telle ou telle position angulaire de vilebrequin.
[0088] La présence d'un tel système de désactivation des soupapes permet, également, quand il est activé, de maintenir fermée au moins une soupape d'échappement haute pression d'au moins une chambre de combustion. Dans ce cas, les gaz d'échappement qui restent confinés dans la chambre de combustion du fait du maintien de la soupape d'échappement haute pression dans une position fermée alimentent le collecteur d'échappement basse pression 10 dès que la soupape d'échappement basse pression de cette chambre 3 s'ouvre.
[0089] La désactivation d'une soupape d'échappement haute pression permet ainsi de modifier la nature des gaz d'échappement présents dans le collecteur d'échappement basse pression. Il est donc possible d'envoyer des gaz d'échappement favorisant la production de dihydrogène dans la ligne de recirculation 14. Dans ce cas, afin d'utiliser au mieux cette propriété, quand une soupape d'échappement haute pression est désactivée pendant une phase d'échappement haute pression, le système de contrôle des gaz 23 est dans une configuration isolant la ligne d'échappement 1 1 et la conduite d'hybridation pneumatique 30 de la ligne de recirculation 14 pendant la phase d'échappement basse pression qui succède à cette phase d'échappement haute pression. Ainsi, la totalité des gaz d'échappement se retrouve dans la ligne de recirculation 14.
[0090] En outre, la quantité de carburant introduite dans chaque chambre de combustion 3 du moteur 2 peut être déterminée de sorte que la richesse en carburant des gaz d'échappement produits dans cette chambre 3 atteigne une certaine valeur. De préférence, la quantité de carburant introduite dans chaque chambre de combustion 3 dont la soupape d'échappement haute pression est destinée à être maintenue fermée lors de la prochaine phase d'échappement haute pression est déterminée de sorte que le gaz d'échappement produit par cette chambre 3 a une richesse au moins égale à 1 .
[0091 ] Ainsi, selon la situation de vie du véhicule, quand il est opportun d'avoir des gaz en recirculation riches en dihydrogène (le dihydrogène pouvant être produit dans au moins une chambre de combustion recevant une quantité de carburant suffisante pour produire un mélange riche et/ou dans le dispositif catalytique de production de dihydrogène), la soupape d'échappement haute pression d'au moins une chambre de combustion est désactivée et le système de contrôle des gaz est mis dans sa configuration obligeant les gaz d'échappement provenant du collecteur d'échappement basse pression 10 de circuler dans la ligne de recirculation 14. De ce fait, il est possible d'avoir des gaz d'échappement circulant dans la ligne de recirculation 14 avec une richesse supérieure à 1 , et ceci d'autant plus si la chambre de combustion 3 dont la soupape d'échappement haute pression est désactivée reçoit une quantité importante de carburant.
[0092] L'invention permet ainsi d'optimiser la circulation des gaz liés au moteur 2 en autorisant un fonctionnement multiple de la distribution des gaz d'échappement : à faible charge du moteur 2, le collecteur d'échappement basse pression 10 est utilisé pour mettre en communication le moteur 2 et le réservoir 29 ; à moyenne et forte charge (en zone atmosphérique et de suralimentation), le collecteur 10 est utilisé pour isoler la ligne de recirculation de la ligne d'échappement et optimiser la combustion du moteur du fait de l'enrichissement des gaz en recirculation ; et à forte charge (en zone de suralimentation), le collecteur d'échappement basse pression permet d'introduire les gaz vers la ligne d'échappement, et, éventuellement vers la ligne de recirculation.
[0093] La ligne de recirculation 14 pourrait ne pas comprendre de dispositif catalytique de production de dihydrogène, le dihydrogène circulant dans la ligne de recirculation 14 étant alors produit par l'enrichissement en carburant dans la chambre de combustion 3 dont la soupape d'échappement haute pression est désactivée.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Groupe moteur (1 ) comprenant un moteur à combustion (2) duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression (9) alimentant une ligne d'échappement (1 1 ), et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression (10) alimentant une ligne de recirculation (14), caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir (29) à gaz qui est relié au moteur (2) par une vanne d'isolation (31 ) pouvant prendre une configuration de communication permettant une circulation des gaz entre le moteur (2) et le réservoir (29), et une configuration d'isolation empêchant cette circulation.
2. Groupe moteur (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le moteur (2) comprend des chambres de combustion (3), chaque chambre de combustion (3) n'étant reliée qu'au collecteur d'échappement haute pression (9) par une soupape d'échappement haute pression et qu'au collecteur d'échappement basse pression (10) par une soupape d'échappement basse pression.
3. Groupe moteur (1 ) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le collecteur d'échappement basse pression (10) alimente une conduite de dérivation (22) qui débouche dans la ligne d'échappement (1 1 ), en aval d'une turbine (12) d'un turbocompresseur et en amont d'un système de dépollution (13).
4. Groupe moteur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir (29) est relié au moteur (2) par le collecteur d'échappement basse pression (10).
5. Groupe moteur (1 ) selon la revendication 4 dépendante de la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un système de contrôle des flux des gaz (23) adapté à mettre le collecteur d'échappement basse pression (10) en communication sélective avec la ligne de recirculation (14), la conduite de dérivation (22) et le réservoir (29).
6. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) comprenant un moteur à combustion (2) duquel débouche, d'une part, un collecteur d'échappement haute pression (9) alimentant une ligne d'échappement (1 1 ), et, d'autre part, un collecteur d'échappement basse pression (10) alimentant une ligne de recirculation (14), le groupe moteur (1 ) comprenant un réservoir à gaz (29) relié au moteur (2), caractérisé en ce que le réservoir (29) à gaz est relié au moteur (2) par une vanne d'isolation (31 ) à qui l'on donne une configuration de communication permettant une circulation des gaz entre le moteur (2) et le réservoir (29), et une configuration d'isolation empêchant cette circulation.
7. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que tout le gaz d'échappement collecté par le collecteur d'échappement basse pression (10) est recirculé par la ligne de recirculation (14).
8. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon la revendication 6, caractérisé en ce que tout le gaz d'échappement collecté par le collecteur d'échappement basse pression (10) est évacué dans la ligne d'échappement (1 1 ) en empruntant la ligne de dérivation (22).
9. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz d'échappement collecté par le collecteur d'échappement basse pression (10) est pour partie recirculé par la ligne de recirculation (14) et pour partie évacué dans la ligne d'échappement (1 1 ) en empruntant la ligne de dérivation (22).
10. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon la revendication 6, caractérisé en ce que, le collecteur d'échappement basse pression (10) alimentant une conduite de dérivation (22) qui débouche dans la ligne d'échappement (1 1 ), en aval d'une turbine (12) d'un turbocompresseur et en amont d'un système de dépollution (13), le réservoir (29) n'est mis en communication avec le moteur (2) que lorsque la conduite de dérivation (22) est isolée du moteur (2) et du réservoir (29).
1 1 . Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que, le moteur (2) comprenant des chambres de combustion (3) et chaque chambre de combustion comprenant une soupape d'admission et une soupape d'hybridation pneumatique permettant la mise en communication de la chambre de combustion (3) avec le réservoir (29), le réservoir (29) n'est mis en communication avec une chambre de combustion (3) par l'ouverture de la soupape d'hybridation pneumatique correspondante que lorsque la soupape d'admission de cette chambre (3) est dans sa position fermée.
12. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, chaque chambre de combustion (3) comprenant une soupape d'échappement haute pression la reliant au collecteur d'échappement haute pression (9), quand le réservoir (29) est mis en communication avec une chambre de combustion (3) par l'ouverture de la soupape d'hybridation pneumatique correspondante, la soupape d'échappement haute pression de cette chambre (3) est maintenue fermée.
13. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon l'une des revendications 1 1 et 12, caractérisé en ce que, chaque chambre de combustion (3) étant reliée au collecteur d'échappement basse pression (10) par une soupape d'échappement basse pression qui assure également la fonction de soupape d'hybridation pneumatique sur une plage de positions angulaires de vilebrequin d'hybridation pneumatique, quand le réservoir (29) est mis en communication avec une chambre de combustion (3) par l'ouverture d'une soupape d'échappement basse pression agissant comme soupape d'hybridation pneumatique, les soupapes d'échappement basse pression des autres chambres de combustion (3) sont maintenues fermées.
14. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que le remplissage du réservoir (29) par des gaz provenant d'une chambre de combustion (3) est réalisé par la mise en communication du réservoir (29) avec cette chambre de combustion (3) quand celle-ci est en phase de compression et qu'aucun carburant n'y est injecté.
15. Procédé de commande d'un groupe moteur (1 ) selon l'une des revendications 6 à 1 1 , caractérisé en ce que du gaz provenant du réservoir (29) est introduit dans une chambre de combustion (3) par l'ouverture d'une soupape d'hybridation pneumatique de cette chambre (3) pendant la phase de détente, quand la charge du moteur (2) est faible ou pendant la phase de compression d'un mélange d'air et de carburant.
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