FR2860834A1 - Moteur a combustion interne suralimente avec un dispositif de suralimentation muni d'un circuit de decharge des gaz d'echappement et procede de gestion des gaz d'echappement d'un tel moteur - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre (12) muni d'au moins un moyen d'échappement (20) de gaz d'échappement avec une tubulure (22) et une soupape d'échappement (24), une ligne d'échappement (52) et un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur (46), dont la turbine (50) est placée dans la ligne d'échappement, ainsi qu'un circuit de décharge (48) avec un conduit de contournement (62) de ladite turbine.Selon l'invention, le cylindre (12) comprend au moins un moyen d'échappement additionnel (26) et en ce que le conduit de contournement (62) est raccordé auxdits moyens d'échappement additionnel.
Description
La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne
suralimenté avec un dispositif de suralimentation comprenant un circuit de décharge des gaz d'échappement.
Habituellement, un tel dispositif de suralimentation comprend un turbocompresseur comportant, de manière connue en soi, une turbine qui est entraînée en rotation par les gaz d'échappement issus du moteur au travers de moyens d'échappement et circulant dans une ligne d'échappement. Cette turbine est liée en rotation avec un compresseur de manière à ce que ce dernier comprime l'air ambiant qu'il reçoit et l'envoie, à l'état comprimé, à l'admission du moteur.
Ce dispositif comprend également un circuit de décharge des gaz d'échappement permettant de gérer la quantité de gaz d'échappement traversant la turbine. Pour ce faire, il est prévu un conduit de contournement qui est intégré au carter du turbocompresseur et qui prend naissance sur la ligne d'échappement en amont de la turbine et aboutit, sur cette ligne d'échappement, en aval de cette turbine.
Généralement, une vanne, plus connue sous le terme anglais de "waste gate", est disposée, en amont de la turbine et à l'intersection du conduit de contournement avec la ligne d'échappement. Cette vanne permet de contrôler la quantité de gaz d'échappement à l'entrée de la turbine et, par conséquent, la pression de l'air sortant du compresseur. Un organe de commande de cette vanne, tel qu'un moteur électrique, actionne la vanne afin qu'elle se trouve dans une position déterminée. Cette position correspond à une quantité souhaitée de gaz d'échappement traversant la turbine et nécessaire pour obtenir la pression adéquate de l'air de suralimentation à la sortie du compresseur.
Pendant le fonctionnement du moteur et en fonction du couple requis, la vanne est commandée par l'organe de commande de façon à pouvoir obtenir une multiplicité de positions intermédiaires entre une position de pleine fermeture et une position de pleine ouverture. Dans la position de pleine fermeture, la vanne obture le conduit de contournement pour que la totalité des gaz d'échappement traverse la turbine du turbocompresseur alors que dans, la position de pleine ouverture, cette vanne libère l'entrée de ce conduit de contournement. Les positions intermédiaires de cette vanne permettent de gérer la quantité de gaz d'échappement qui circule à la fois au travers de la turbine et dans le conduit de contournement.
Un tel dispositif bien que donnant satisfaction présente néanmoins des inconvénients non négligeables.
En effet, la vanne présente une étanchéité qui n'est pas parfaite et qui se dégrade dans le temps. Ce défaut d'étanchéité autorise le passage non souhaité de gaz d'échappement dans le conduit de contournement, dans la position de fermeture de la vanne, ce qui peut générer une perte de performances du moteur.
En outre, cette vanne et son organe de commande sont d'une conception 15 complexe et coûteuse, car ils doivent résister aux hautes températures dégagées par les gaz d'échappement.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus grâce à un moteur avec un dispositif de suralimentation 20 de conception simple qui emploie les techniques habituellement utilisées dans le domaine des moteurs.
A cet effet, la présente invention concerne un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre muni d'au moins un _moyen d'échappement de gaz d'échappement avec une tubulure et une soupape d'échappement, une ligne d'échappement et un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur, dont la turbine est placée dans la ligne d'échappement, ainsi qu'un circuit de décharge avec un conduit de contournement de ladite turbine, caractérisé en ce que le cylindre comprend au moins un moyen d'échappement additionnel et en ce que le conduit de contournement est raccordé auxdits moyens d'échappement additionnel.
Le moyen d'échappement additionnel peut comprendre une tubulure d'échappement additionnel et une soupape d'échappement additionnel.
Le moyen d'échappement additionnel peut être contrôlé par des moyens 5 de commande à actions variables.
Les moyens de commande peuvent comprendre un arbre à cames à levée et/pu durée d'ouverture variables de soupape.
Les moyens de commande peuvent comprendre une valve électrique, électrohydraulique ou électromagnétique.
Les moyens de commande peuvent être gérés par un organe de commande.
Les moyens de commande peuvent être régis par une unité de calcul.
Le moteur peut comprendre une multiplicité de cylindres et le conduit de contournement peut être raccordé à un collecteur d'échappement additionnel 20 connecté aux moyens d'échappement additionnel.
L'invention concerne également un procédé de gestion des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre muni d'au moins un moyen d'échappement de gaz d'échappement avec une tubulure et une soupape d'échappement, une ligne d'échappement et un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur, dont la turbine est placée dans la ligne d'échappement, ainsi qu'un circuit de décharge avec un conduit de contournement de ladite turbine, caractérisé en ce qu'il consiste, pendant la phase d'échappement du moteur, - au démarrage du moteur, à n'autoriser la circulation des gaz d'échappement que dans le circuit de décharge en activant au moins un moyen d'échappement additionnel prévu dans le cylindre, pendant le fonctionnement de ce moteur, à assurer la circulation de ces gaz d'échappement à la fois au travers de la turbine et dans le circuit de décharge en rendant opérationnel le moyen d'échappement et le moyen d'échappement additionnel.
Ce procédé peut consister, pendant le fonctionnement de ce moteur à très forte charge à assurer la circulation de ces gaz d'échappement uniquement au travers de la turbine en rendant opérationnel le moyen d'échappement et inactif le moyen d'échappement additionnel.
Avantageusement, il peut consister à faire varier la quantité de gaz d'échappement circulant dans le circuit de décharge par l'intermédiaire de moyens de commande à actions variables agissant sur le moyen d'échappement additionnel.
Le moyen d'échappement additionnel peut comprendre une tubulure d'échappement additionnel et une soupape d'échappement additionnel, et, dans ce cas, le procédé peut consister à activer ou désactiver la soupape et/ou à faire varier la levée et/ou la durée d'ouverture de la soupape d'échappement additionnel.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre illustratif et nullement limitatif, en se référant à la figure unique qui montre un moteur à combustion interne associé à un dispositif de suralimentation selon l'invention.
Sur cette figure, un moteur à combustion interne 10 comprend au moins un cylindre 12 dans lequel se produit la combustion. d'un mélange carburé. Le cylindre comprend au moins un moyen d'admission 14 comportant, de manière connue en soi, une tubulure d'admission 16 contrôlée par un moyen d'obturation, tel qu'une soupape d'admission 18 et au moins un moyen d'échappement 20 comportant également une tubulure d'échappement 22 et un moyen d'obturation de cette tubulure sous la forme d'une soupape d'échappement 24. Ce cylindre comprend également au moins un moyen d'échappement additionnel 26 comportant une tubulure d'échappement additionnel 28 et une soupape d'échappement additionnel 30, dont le rôle sera explicité dans la suite de la description.
Avantageusement, la soupape d'échappement additionnel 30 présente une section diamétrale plus petite que celle de la soupape d'échappement 24. Ceci permet d'évacuer des quantités différentes de gaz d'échappement au travers des soupapes.
Les soupapes d'échappement 24 et d'échappement additionnel 30 sont commandées en ouverture et en fermeture par tous moyens connus, tels que par des valves électriques, électrohydrauliques ou électromagnétiques reliées à chaque soupape, des arbres à cames ou des arbres à cames à actions variables.
Préférentiellement, les soupapes d'échappement additionnel 30 sont commandées par un moyen différent de celui contrôlant les soupapes d'échappement 24. A titre d'exemple, les soupapes d'échappement additionnel sont commandées par un arbre à cames à actions variables 32 permettant d'obtenir une multitude de positions en levée et/ou de durées d'ouvertures de ces soupapes alors que les soupapes d'échappement sont commandées par un arbre à cames conventionnel 34. L'arbre à cames à actions variables est contrôlé par un organe de commande 36 qui reçoit des instructions de la part d'une unité de calcul 38, dit calculateur moteur, que comporte habituellement le moteur.
Comme illustré sur la figure, qui montre un moteur multicylindres, les tubulures d'échappement 22 des cylindres 12 aboutissent à un collecteur d'échappement 40 alors que les tubulures d'échappement additionnel 30 sont reliées à un collecteur d'échappement additionnel 42. Ces collecteurs peuvent être distincts l'un de l'autre ou faire partie d'une seule pièce qui comporte les cloisonnements nécessaires pour assurer la collecte sélective des gaz d'échappement provenant des différentes tubulures d'échappement 22, 28.
Ce moteur est associé à un dispositif de suralimentation 44 comprenant un turbocompresseur 46 et un circuit de décharge 48 distinct du turbocompresseur.
Le turbocompresseur comprend une turbine 50 placée dans une ligne d'échappement 52 raccordée au collecteur d'échappement 40. Les gaz d'échappement issus du collecteur 40 circulent dans cette ligne d'échappement, puis aboutissent à l'admission 58 de la turbine. Ils traversent cette turbine en l'entraînant en rotation puis sont évacués par la sortie 60 pour rejoindre le reste de la ligne d'échappement. La turbine entraîne en rotation un compresseur 54 par l'intermédiaire d'un arbre 56. Comme cela est connu, le compresseur est muni d'une conduite d'admission d'air ambiant et d'une conduite de sortie d'air comprimé, dit air de suralimentation, qui est raccordée par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission (non représentés) aux moyens d'admission 14 des cylindres 12.
Le circuit de décharge 48, qui est totalement externe au turbocompresseur, comprend un conduit de contournement 62 de la turbine 50 qui prend naissance au collecteur d'échappement additionnel 42 et aboutit en aval de turbine dans la ligne d'échappement.
Dans la description, les termes amont et aval sont à considérer en fonction 25 du sens de circulation des gaz d'échappement du moteur 10 vers la ligne d'échappement 52.
Ainsi, pendant les différentes phases de fonctionnement du moteur, soit les soupapes d'échappement 24 du moteur ne sont pas opérationnelles alors que les soupapes d'échappement additionnel 30 sont activées, soit les soupapes d'échappement 24 et d'échappement additionnel 30 sont opérationnelles simultanément. Les soupapes d'échappement additionnel 30 peuvent ne pas être opérationnelles alors que les soupapes d'échappement 24 sont activées, notamment à pleine charge et à bas régime du moteur.
Pour illustrer ce qui précède et à titre d'exemple, lors du démarrage du moteur qui généralement ne nécessite pas d'air suralimenté à l'admission, les soupapes d'échappement 24 du moteur sont inactives en restant en position d'obturation des tubulures d'échappement 22 et les soupapes d'échappement additionnel 30 suivent le cycle conventionnel d'échappement du moteur.
Grâce à cette configuration, la totalité des gaz d'échappement résultant de 1.0 la combustion du mélange carburé dans les cylindres 12 est évacuée dans le collecteur additionnel 42 par les tubulures d'échappement additionnel 28, puis dans le conduit de contournement 62 pour circuler enfin dans la ligne d'échappement 52. Ainsi, aucun gaz d'échappement ne. peut traverser la turbine 50 et les admissions 14 du moteur reçoivent de l'air non suralimenté.
Dans un fonctionnement conventionnel du moteur, généralement à moyen et haut régimes, les admissions de ce moteur reçoivent une quantité d'air suralimenté, déterminé par le calculateur moteur 38, qui est variable, notamment en fonction du couple demandé au moteur. Cette variation de quantité d'air suralimenté issue du compresseur 54 résulte d'une variation de vitesse de la turbine, qui dépend de la quantité de gaz d'échappement traversant cette turbine.
Pour réaliser cette variation de vitesse, il est prévu d'activer à la fois les soupapes d'échappement 24 et d'échappement additionnel 30. Pour ce faire, l'arbre à cames 34 actionne les soupapes d'échappement 24 de façon à ce qu'elles s'ouvrent pour évacuer les gaz d'échappement présents dans les cylindres 12. Simultanément, l'unité de calcul 38 envoie des instructions à l'organe de commande 36 de manière à ce qu'il commande l'arbre à cames à actions variables 32 pour obtenir une levée et/ou un temps d'ouverture déterminés des soupapes d'échappement additionnel 30. Cette levée et/ou cette durée correspondent à la quantité de gaz d'échappement qui ne doit pas être évacuée par les soupapes 24 et donc ne pas traverser la turbine.
Par ces différentes actions, une partie des gaz d'échappement présents dans les cylindres 12 est évacuée au travers des soupapes 24 pour aboutir au collecteur d'échappement 40, puis parcourt une partie de la ligne d'échappement 52 et arrive à l'admission 58 de la turbine. Ces gaz traversent la turbine 50 en l'entraînant en rotation et sont ensuite évacués par la sortie 60 de cette turbine vers la ligne d'échappement située en aval de la turbine. Dans le même temps, l'autre partie des gaz d'échappement est évacuée au travers des soupapes d'échappement additionnel 30, puis parvient au collecteur d'échappement additionnel 42 pour ensuite circuler dans le conduit de contournement 62 de manière à aboutir dans la ligne d'échappement 52 se trouvant en aval de la turbine.
De ce fait, il est possible, en intervenant sur la grandeur de la levée et/ou sur la durée d'ouverture des soupapes d'échappement additionnel 30, de faire varier la quantité des gaz d'échappement sortant au travers des soupapes d'échappement 24 et, par conséquent, de faire varier la vitesse de la turbine en fonction des besoins d'admission d'air suralimenté au moteur.
En outre, compte tenu de la différence de section éventuelle entre la soupape d'échappement 24 et la soupape d'échappement additionnel 30, il est plus facile de gérer ces gaz, car généralement la quantité de gaz circulant au travers de la turbine est plus grande que celle circulant dans le conduit de contournement.
A bas régime et à pleine charge du moteur, les soupapes d'échappement additionnel 30 restent en position de fermeture et la totalité des gaz d'échappement traversent la turbine pour l'entraîner en rotation de manière à obtenir la pression de suralimentation maximale.
Ainsi, grâce à l'invention, la vanne, dite "waste gate", est remplacée par une technologie largement utilisée et maîtrisée dans le domaine des moteurs, comme des moyens d'échappement avec une soupape et des moyens de commande de cette soupape, tels qu'une valve ou un arbre à cames à actions variables.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations décrites mais englobé toutes variantes et équivalents.
Notamment, le turbocompresseur 46 peut comprendre, en lieu et place de la turbine 50, une turbine à géométrie variable.
Claims (12)
1) Moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre (12) muni d'au moins un moyen d'échappement (20) de gaz d'échappement avec une tubulure (22) et une soupape d'échappement (24), une ligne d'échappement (52) et un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur (46), dont la turbine (50) est placée dans la ligne d'échappement, ainsi qu'un circuit de décharge (48) avec un conduit de contournement (62) de ladite turbine, caractérisé en ce que le cylindre (12) comprend au moins un moyen d'échappement additionnel (26) et en ce que le conduit de contournement (62) est raccordé auxdits moyens d'échappement additionnel.
2) Moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'échappement additionnel (26) comprend une tubulure d'échappement additionnel (28) et une soupape d'échappement additionnel (30).
3) Moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 1 ou 2, 20 caractérisé en ce que le moyen d'échappement additionnel (26) est contrôlé par des moyens de commande à actions variables (32, 36).
4) Moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un arbre à 25 cames (32) à levée et/ou durée d'ouverture variables de soupape.
5) Moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent une valve électrique, électrohydraulique ou électromagnétique.
6) Moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande (32) sont gérés par un organe de commande (36).
7) Moteur à combustion interne suralimenté selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de commande (32, 36) sont régis par une unité de calcul (38).
8) Moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 1 dans lequel le moteur comprend une multiplicité de cylindres (12), caractérisé en ce que le conduit de contournement (62) est raccordé à un collecteur d'échappement additionnel (34) connecté aux moyens d'échappement additionnel (24).
9) Procédé de gestion des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre (12) muni d'au moins un moyen d'échappement (20) de gaz d'échappement avec une tubulure (22) et une soupape d'échappement (24), une ligne d'échappement (52) et un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur (46), dont la turbine (50) est placée dans la ligne d'échappement, ainsi qu'un circuit de décharge (48) avec un conduit de contournement (62) de ladite turbine, caractérisé en ce qu'il consiste, pendant la phase d'échappement du moteur, - au démarrage du moteur, à n'autoriser la circulation des gaz d'échappement que dans le circuit de décharge (48) en activant au moins un moyen d'échappement additionnel (26) prévu dans le cylindre (12).
- pendant le fonctionnement de ce moteur, à assurer la circulation de ces gaz d'échappement à la fois au travers de la turbine (50) et dans le circuit de décharge (48) en rendant opérationnel le moyen d'échappement (20) et le moyen d'échappement additionnel (26).
10) Procédé-selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste, pendant le fonctionnement de ce moteur à bas régime, à assurer la circulation 2860834 12 de ces gaz d'échappement uniquement au travers de la turbine (50) en rendant opérationnel le moyen d'échappement (20) et inactif le moyen d'échappement additionnel (26).
11) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier la quantité de gaz d'échappement circulant dans le circuit de décharge (48) par l'intermédiaire de moyens de commande à actions variables (32, 36) agissant sur le moyen d'échappement additionnel (26).
12) Procédé selon la revendication 11 dans lequel le moyen d'échappement additionnel comprend une tubulure d'échappement additionnel (28) et une soupape d'échappement additionnel' (30), caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier la levée et/ou la durée d'ouverture de la soupape d'échappement additionnel (30).
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