FR2784419A1 - Procede et installation de recuperation de l'energie d'un moteur a combustion interne fonctionnant en mode de frein-moteur - Google Patents

Procede et installation de recuperation de l'energie d'un moteur a combustion interne fonctionnant en mode de frein-moteur Download PDF

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Abstract

On récupère et on stocke au moins une partie des gaz d'échappement à la fin d'un ou plusieurs cycles du moteur travaillant en mode frein-moteur,On injecte au moins une partie des gaz d'échappement récupérés et stockés dans un cylindre du moteur travaillant passant en mode d'accélération après un fonctionnement en mode de frein-moteur.

Description

La présente invention concerne un procédé de récupération de l'énergie d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mode de frein-moteur.
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention s'applique de manière générale à tout moteur à combustion interne ou moteur thermique à piston.
Actuellement, lorsqu'un moteur thermique de voiture fonctionne en régime dit urbain, il effectue une série aléatoire de décélérations et d'accélérations suivant les ralentissements et arrts fréquents et aléatoires de la circulation urbaine. Or, souvent avant le freinage, le conducteur a tendance à utiliser le mode de frein-moteur. Mais ce mode de frein-moteur est mal exploité à cause de la faiblesse du moteur pour ralentir le véhicule. Cela se traduit actuellement par une perte d'énergie cinétique lors du ralentissement. Cette perte se produit dans les gaz d'échappement du moteur fonctionnant en mode de frein-moteur. Cela se traduit également par une perte par effet joule lié au freinage par les roues.
Lors de l'accélération ou de la réaccélération après une telle phase de frein-moteur ou mme de l'arrt, il faut réaccélérer. Or, une accélération consomme un débit de carburant très supérieur à la consommation d'un moteur en régime normal. Cela se traduit également par l'émission de gaz d'échappement polluants en quantité très supérieure à celle que produirait un moteur thermique en fonctionnement normal.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer un moteur à combustion interne équipant les véhicules automobiles, dont la consommation soit réduite en cycles de fonctionnement urbain et qui produise ainsi moins de matière polluante pour l'air.
A cet effet, l'invention concerne un procédé prédéfini ci-dessus, caractérisé en ce que : -on récupère et on stocke au moins une partie des gaz
d'échappement à la fin d'un ou plusieurs cycles du moteur
travaillant en mode frein-moteur, on injecte au moins une partie des gaz d'échappement récupé
rés et stockés dans un cylindre du moteur travaillant pas
sant en mode d'accélération après un fonctionnement en mode
de frein-moteur.
Ainsi, au moment où le conducteur relâche l'accélérateur et éventuellement agit sur le frein, les gaz d'échappement sont conduits vers le réservoir et s'y accumulent puisque le réservoir n'est lié qu'à l'échappement de la chambre de combustion du moteur.
Suivant les possibilités de stockage, celui-ci s'étend sur plusieurs cycles de fonctionnement du moteur, jusqu'à ce que l'on. atteigne une certaine pression à l'intérieur du moyen de stockage. Cette accumulation des gaz d'échappement produit un freinage sous forme de frein-moteur et l'énergie ainsi accumulée dans le gaz stocké est restituée au moment de la réaccélération du moteur après une telle phase de mode de frein-moteur, car les gaz ainsi stockés sont réinjectés au fur et à mesure dans la chambre de combustion.
Le procédé selon l'invention, évoqué ci-dessus dans le cas d'une chambre de combustion s'applique en fait à toutes les chambres de combustion d'un moteur ou à certaines de celles-ci.
Le procédé peut s'appliquer à tout type de moteur, y compris les moteurs commandés avec coupure de certains cylindres, lorsqu'ils tournent au ralenti ou lorsqu'ils arrivent en phase de frein-moteur.
En effet, les gaz d'échappement recueillis en sortie et stockés ne sont pas nécessairement des gaz de combustion. Si le cylindre a été coupé de l'alimentation puisque le moteur était en phase de frein-moteur, les gaz refoulés par le piston de la chambre de combustion sont, en fait, de l'air non chargé en hydrocarbure. Cet air servira à la combustion lors de la réaccélération du moteur.
Les gaz peuvent également tre des gaz d'échappement suivant le fonctionnement du moteur ou les cylindres concernés par la récupération. Mais, dans ces conditions, cela revient à réinjecter, au moment de la réaccélération, des gaz d'échappement comme cela se fait déjà en régime normal du fonctionnement de certains moteurs à combustion interne.
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, cette installation étant caractérisée en ce qu' : elle comprend -un réservoir relié à la chambre de combustion du moteur par
un moyen de liaison équipé d'un moyen de fermeture d'entrée
et un moyen de fermeture de sortie, commandés -ainsi qu'un moyen de commande recevant les signaux de fonc
tionnement du moteur et les souhaits du conducteur pour
commander les moyens de fermeture d'entrée et de sortie du
réservoir pour l'échange des gaz entre le réservoir et la
chambre de combustion.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé se traduit par des moyens simples puisque cela se limite à l'adjonction d'un réservoir. Bien que ce réservoir soit, de manière intéressante, à proximité immédiate du moteur, il n'est pas nécessaire qu'il se trouve au-dessus de la culasse.
Il peut tre déporté pour réduire 1'encombrement du bloc-moteur ou utiliser de la place disponible à côté du bloc-moteur lui-mme.
De façon avantageuse la commande des moyens de fermeture d'entrée et de sortie du réservoir gérant le fonctionnement de cette installation de récupération est combinée à la commande générale du moteur ou est intégrée à cette commande générale.
Cette solution offre, non seulement, l'avantage d'utiliser les moyens existants mais également des signaux que reçoit déjà la commande générale du moteur comme par exemple des signaux de température, d'arrt de fonctionnement de tel ou tel cylindre par la commande de son injection, etc..
Suivant une autre caractéristique avantageuse, le moyen de liaison chambre de combustion/réservoir comprend une conduite d'entrée reliée à la sortie de la chambre de combustion et une conduite reliée à l'entrée de la chambre de combustion.
Suivant une autre caractéristique, la conduite d'entrée est reliée à la tubulure d'échappement et le moyen d'obturation commandé comprend un organe d'obturation comman dé, monté dans la tubulure d'échappement en aval de 1'embranchement de la conduite d'entrée reliée au réservoir et d'un clapet anti-retour monté à l'entrée du réservoir et s'ouvrant en direction du réservoir.
Suivant une autre caractéristique intéressante, la conduite de sortie reliant le réservoir à l'entrée de la chambre de combustion est reliée à la tubulure d'aspiration et le moyen de commande est un organe commandé monté dans la tubulure d'admission, et un clapet monté à la sortie du réservoir.
La conduite reliant le réservoir à l'entrée de la chambre de combustion peut déboucher directement dans cette chambre de combustion et, dans ce cas, une soupape commandée est prévue à l'entrée de la conduite dans la chambre.
Le moyen de liaison entre le réservoir et la chambre peut également tre une conduite unique pour l'échange des gaz, et le moyen de fermeture de l'entrée et de la sortie, commandé, est constitué par une seule soupape commandée située à l'entrée de la chambre de combustion.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un premier mode de
réalisation de l'invention, -la figure 2 montre une première variante de l'invention, -la figure 3 montre une seconde variante de l'invention.
Selon la figure 1, l'invention concerne un procédé et une installation pour récupérer de l'énergie d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mode de frein moteur.
L'installation est représentée schématiquement à la figure 1 par un cylindre 1 dans lequel circule un piston 2. Le cylindre définit, avec le piston 2, une chambre de combustion 3 équipée d'une soupape d'admission 4 et d'une soupape d'échappement 5. L'admission au niveau de la soupape d'admission 4 se fait par une tubulure d'admission 5 équipée d'un papillon d'étranglement 6 définissant le volume d'air comburant. Ce papillon est commandé par un actionneur A1 à partir de la pédale d'accélérateur.
Il convient de remarque qu'actuellement la pédale à commande directe est supprimée par une pédale électronique qui simule, par sa résistance élastique, le fonctionnement d'une pédale d'accélérateur traditionnelle mais qui est, en fait, reliée à un circuit de commande électrique/électronique transformation la position angulaire de la pédale en un signal de vitesse commandant le moteur.
En sortie, en aval de la soupape d'échappement 5, il y a une tubulure d'échappement 8.
Le moteur, représenté par un unique cylindre, est commandé par un circuit de commande C qui reçoit des signaux
Si-1, Si, Si+1, Si+2, etc., correspondant à des paramètres de fonctionnement du moteur. Le circuit de commande C gère ces signaux et génère différents signaux de commande du moteur, notamment des signaux d'alimentation et d'allumage non dé- crits ici. Ces signaux SCi, SCj représentent différentes commandes non détaillées symbolisant les fonctions à commander.
Selon l'invention, le moteur comporte un réservoir 9 représenté schématique et relié à la chambre de combustion 3 par un moyen de liaison d'entrée 10 et un moyen de liaison de sortie 11. Le moyen de liaison 10 est constitué par une tubulure 101 et par un clapet anti-retour 102. La tubulure 101 débouche, dans cet exemple, dans la tubulure d'échappement 8. Le clapet anti-retour est prévu à l'entrée de la tubulure 101. Enfin, le moyen de liaison comprend un clapet 103 commandé, logé dans la tubulure d'échappement.
Le moyen de liaison de sortie 11 est constitué par une tubulure 111 reliant le réservoir 9 à l'entrée de la chambre de combustion, plus précisément la tubulure d'admission 6. Ce moyen comprend également une soupape de sortie 112 placée à la sortie de la tubulure 111 et un clapet d'entrée 113 placé dans la tubulure d'admission 6.
Les différents moyens du moteur sont commandés par des actionneurs mécaniques, électriques ou électromagné- tiques. Ainsi, le volet d'étranglement 7 est commandé par un actionneur Al, le volet d'entrée 113 par un actionneur A2. La soupape de sortie du réservoir 9 est commandée par un actionneur A3. La soupape d'admission est commandée par un actionneur A4 et la soupape d'échappement par un actionneur A5. Le clapet de retenue 102 est commandé par un actionneur A6 et le clapet de retenue 103, placé dans la tubulure d'échappement 108, par un actionneur A7.
Ces différents actionneurs reçoivent les signaux
SC1, SC2... SC7 de la commande du moteur.
Les actionneurs, tels que ceux commandant les volets 7,113 ou clapets 102 ou volets 103 sont des actionneurs électriques tels que de petits moteurs électriques. Les actionneurs A4, A5 commandant les soupapes 4,5 peuvent tre des actionneurs électromagnétiques ou hydrauliques.
Le réservoir 9 est, de préférence, équipé d'un capteur de pression CP et d'un capteur de température CT. Ces capteurs envoient les signaux au circuit de commande C.
Selon le procédé de l'invention, en mode de fonctionnement en frein-moteur, dès que le conducteur a relâché la pédale d'accélérateur et manifeste ainsi sa volonté de ne plus accélérer mais de freiner, (ce signal étant éventuellement combiné par une fonction logique à un actionnement du frein), cette situation commande le fonctionnement de l'alimentation et de l'allumage d'une manière non décrite. En sortie, à chaque cycle de fonctionnement, la soupape d'échappement 5 s'ouvre et le volet de sortie 103 se ferme au moins progressivement pour permettre de prélever la totalité ou une partie des gaz d'échappement par la tubulure 101 et recueillir ce gaz dans le réservoir 9. Ce fonctionnement peut tre répété sur plusieurs cycles du moteur à combustion interne.
Selon des paramètres de pression et de température du gaz du réservoir 9, le fonctionnement se poursuit jusqu'à la fin du mode de frein-moteur ou s'arrte, les gaz expulsés de la chambre de combustion 3 par le piston passant alors directement dans l'échappement. Cela dépend très globalement de la durée du mode de frein-moteur.
Lorsque le moteur doit de nouveau accélérer, le clapet 102 étant fermé, le clapet ou soupape 112 est commandé à l'ouverture pendant la phase d'admission de manière à injecter dans le cylindre une partie des gaz comprimés dans le réservoir de stockage 9. Ce fonctionnement à l'admission peut également tre répété sur plusieurs cycles suivant le volume de gaz disponible dans le réservoir 9.
On récupère ainsi de l'énergie cinétique au moment du freinage en frein-moteur, rendant le freinage plus efficace tout en économisant les freins proprement dits.
L'énergie ainsi récupérée est restituée lors de la réaccélé- ration. Cela permet un. fonctionnement plus souple du moteur en cycle urbain et se traduit également par une réduction significative de la consommation et par suite de la pollution.
La figure 2 montre une première variante du mode de réalisation de l'installation selon l'invention, représen- tée à la figure 1. Dans la figure 2, seules ont été montrées les parties essentielles de l'installation qui diffèrent de celle de la figure 1.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, la tubulure d'échappement 111'ne débouche pas dans la tubulure d'aspiration 6, mais directement dans le cylindre 1 et sa chambre de combustion 3. Pour cela la tubulure 111'reliée en sortie du réservoir 9 est munie d'une soupape commandée 112' à 1'endroit où la tubulure 111'débouche dans la chambre de combustion 3. Les autres moyens de l'invention sont les mmes que décrits ci-dessus et portent, dans ces conditions, les mmes références. Le fonctionnement est également très voisin.
Cette soupape unique 112'permet également, puisque la tubulure 11'débouche dans la chambre de combustion, de remplir le réservoir 9 directement au moment de l'échappement à travers cette soupape 112'et non par la tubulure 101 et le clapet 102 branchés sur la tubulure d'échappement 8. Toutefois, ce second fonctionnement est parfaitement possible.
La seconde variante de réalisation représentée à la figure 3 représente une autre simplification puisque la tubulure d'entrée et celle de sortie sont réunies en une tubulure unique 111'débouchant dans la chambre de combustion 3 du cylindre 1. Cette tubulure est munie, en sortie, d'une soupape commandée 1's'ouvrant au moment de l'échappement pour permettre la récupération d'une fraction des gaz d'échappement dans le réservoir 9. Cette soupape 112', commandée, s'ouvre également au moment de l'admission pour réinjecter une partie des gaz stockés dans le réservoi'r 9 vers la chambre de combustion 3. Les autres moyens de ce mode de réalisation sont les mmes que ceux décrits ci-dessus et leur description ne sera pas reprise.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de récupération de l'énergie d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mode de frein-moteur, caractérisé en ce que -on récupère et on stocke au moins une partie des gaz
    d'échappement à la fin d'un ou plusieurs cycles du moteur
    travaillant en mode frein-moteur, -on injecte au moins une partie des gaz d'échappement récu-
    pérés et stockés dans un cylindre du moteur travaillant
    passant en mode d'accélération après un fonctionnement en
    mode de frein-moteur.
    2 ) Installation pour la récupération de l'énergie d'un moteur à combustion interne travaillant en mode de freinmoteur, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comprend -un réservoir (9) relié à la chambre de combustion (3) du
    moteur par un moyen de liaison (10,11) équipé d'un moyen
    de fermeture d'entrée (102,103) et un moyen de fermeture
    de sortie (112,133), commandés -ainsi qu'un moyen de commande (C) recevant les signaux de
    fonctionnement (Si) du moteur et les souhaits du conducteur
    pour commander les moyens de fermeture d'entrée et de sor
    tie du réservoir pour l'échange des gaz entre le réservoir
    et la chambre de combustion.
    3 ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de liaison chambre de combustion/réservoir comprend une conduite d'entrée (101) reliée à la sortie de la chambre de combustion (3) et une conduite (111) reliée à l'entrée de la chambre de combustion (3).
    4 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la conduite d'entrée (101) est reliée à la tubulure d'échappement (8) et le moyen d'obturation commandé comprend un organe d'obturation commandé (103), monté dans la tubulure d'échappement (8) en aval de l'embranchement de la conduite d'entrée (101) reliée au réservoir (9) et d'un clapet antiretour (102) monté à l'entrée du réservoir (9) et s'ouvrant en direction du réservoir.
    5 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la conduite de sortie (111) reliant le réservoir (9) à l'entrée de la chambre de combustion (3) est reliée à la tubulure d'aspiration (6) et le moyen de commande est un organe commandé monté (113) dans la tubulure d'admission (6), et un clapet (112) monté à la sortie du réservoir (9).
    6 ) Installation selon la revendication 3 (figure 2), caractérisée en ce que la conduite reliant le réservoir (9) à l'entrée de la chambre de combustion (3) débouche dans la chambre et son entrée dans la chambre comporte une soupape commandée (112').
    7 ) Installation selon la revendication 2 (figure 3), caractérisé en ce que le moyen de liaison réservoir/chambre est une conduite unique (111') pour l'échange des gaz entre le réservoir (9) et la chambre de combustion (3) et le moyen de fermeture d'entrée et de fermeture de sortie, commandé, est une soupape commandée (112') située à l'entrée de la chambre de combustion (9).
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