FR2876416A1 - Moteur a combustion interne suralimente dote d'un circuit de recirculation de gaz brules - Google Patents

Moteur a combustion interne suralimente dote d'un circuit de recirculation de gaz brules Download PDF

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Abstract

Moteur à combustion interne (1) comportant des chambres de combustion (2) et un ensemble turbocompresseur (6) comportant une turbine (8) et un compresseur (9) entraîné à rotation par ladite turbine (8) lorsque celle-ci est alimentée en gaz brûlés et une sortie de gaz brûlés (11) alimentant sélectivement en gaz brûlés, par l'intermédiaire d'un ensemble pneumatique de liaison basse pression (12), une entrée de gaz à comprimer (13) dudit compresseur (9), le compresseur (9) comportant une sortie d'alimentation en gaz brûlés de l'une au moins de chambre.L'ensemble basse pression (12) permettant le transit de gaz brûlés vers le compresseur (9), en passant soit par un échangeur thermique soit par une conduite de dérivation, l'ensemble basse pression (12) contrôlant, à l'aide d'au moins une vanne proportionnelle (18), la proportion de gaz brûlés passant par l'échangeur thermique (16) et la proportion de gaz brûlés passant par la conduite de dérivation (17) .

Description

25
TITRE: MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE DOTE D'UN CIRCUIT DE RECIRCULATION DE GAZ BRULES La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des moteurs à combustion interne adaptés pour admettre dans l'une au moins des chambres de combustion, des gaz brûlés recyclés dits EGR .
Plus particulièrement, l'invention concerne un moteur à combustion interne comportant: - des chambres de combustion; des moyens d'admission de comburant pour chaque chambre; des moyens d'admission de carburant pour chaque chambre; des moyens d'échappement de gaz brûlés haute pression pour les chambres; un ensemble turbocompresseur comportant une turbine et un compresseur entraîné à rotation par ladite turbine lorsque celle-ci est alimentée en gaz brûlés provenant des moyens d'échappement, la turbine étant dotée d'une entrée de gaz brûlés reliée aux moyens d'échappement et d'une sortie de gaz brûlés alimentant sélectivement en gaz brûlés, par l'intermédiaire d'un ensemble pneumatique de liaison basse pression, une entrée de gaz à comprimer dudit compresseur, le compresseur comportant en outre une sortie de gaz comprimés alimentant sélectivement les moyens d'admission de comburant par l'intermédiaire d'un ensemble pneumatique de liaison haute pression.
Un tel moteur utilise lors de son fonctionnement des gaz brûlés recirculés (gaz brûlés réintroduits à l'admission dans une chambre) qui sont collectés en un point d'échappement des gaz brûlés et qui sont réinjectés dans une au moins des chambres de combustion du moteur. L'utilisation en plus ou moins grande quantité de gaz brûlés recyclés permet de réduire, par exemple dans les moteurs Diesel, les oxydes d'azote (NOx). En règle générale, sur les moteurs Diesel suralimentés, c'est à dire sur les moteurs possédant un ensemble turbocompresseur, l'ensemble pneumatique de liaison permettant la recirculation des gaz brûlés, est un ensemble pneumatique de liaison haute pression. C'est par exemple le cas pour le moteur présenté dans le document brevet EP 1 091 113 A2 qui comporte un ensemble pneumatique de liaison haute pression, c'est à dire un circuit pneumatique par lequel transitent des gaz brûlés afin de passer d'une chambre vers une autre, ce circuit étant situé en amont de la turbine et en aval du compresseur.
Les gaz brûlés transitant exclusivement par l'ensemble pneumatique de liaison haute pression ne subissent pas de refroidissement ou de perte de pression survenant lors du passage des gaz brûlés par la turbine. Ces gaz sont donc à haute pression par rapport aux gaz dits à basse pression qui sont situés en aval de la turbine et en amont du compresseur.
Toutefois un inconvénient majeur des moteurs dotés d'un ensemble de liaison haute pression est que lorsque le taux de gaz brûlés recirculés vers une chambre de combustion est augmenté de façon importante, alors l'énergie fournie par les gaz brûlés transitant par la turbine et servant à entraîner le compresseur devient insuffisante pour assurer le niveau de suralimentation en air voulu. De ce fait ce moteur ne permet pas d'admettre de fortes quantités de gaz brûlés recirculés lorsque le niveau de suralimentation est également élevé ce qui limite la plage d'utilisation des gaz brûlés.
C'est la raison pour laquelle de nombreux motoristes ont développé diverses solutions visant à permettre une alimentation de chambres de combustion en gaz brûlés pour moteur suralimentés (c'est à dire des moteurs dotés d'un ensemble turbocompresseur) permettant d'augmenter, en certains points de fonctionnement du moteur, le volume de gaz brûlés recirculés sans pour autant réduire l'énergie disponible à la turbine.
Un moteur à combustion interne du type précédemment défini, permettant une suralimentation en air (comburant) sans perte de puissance à la turbine, est par exemple décrit dans le document brevet US 6, 301, 887.
Ce moteur dispose d'un ensemble pneumatique de liaison basse pression c'est à dire un ensemble collectant des gaz brûlés après leur passage par la turbine et amenant sélectivement une partie de ces gaz à l'entrée du compresseur afin qu'ils soient compressés et recirculés avec des comburants. Un avantage de ce type de moteur est que les gaz brûlés recyclés sont refroidis en permanence d'une part lors de leur passage par la turbine et d'autre part par leur passage dans un échangeur thermique de l'ensemble basse pression.
Toutefois, avec un tel moteur le domaine d'utilisation des gaz brûlés recyclés reste encore limité à certains points de fonctionnement du moteur.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un moteur à combustion interne sur lequel la plage d'utilisation des gaz brûlés recyclés est étendue par rapport au moteur de l'art antérieur cité précédemment.
A cette fin, le moteur à combustion interne de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que l'ensemble pneumatique de liaison basse pression est adapté pour permettre le transit de gaz brûlés de la turbine vers le compresseur, ces gaz brûlés passant par un échangeur thermique de l'ensemble basse pression et/ou par une conduite de dérivation de l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression, l'ensemble basse pression étant adapté pour contrôler, à l'aide d'au moins une vanne proportionnelle, la proportion de gaz brûlés passant par l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression et la proportion de gaz brûlés passant par la conduite de dérivation, permettant ainsi de contrôler la température des gaz brûlés admis à l'entrée du compresseur.
L'utilisation d'un tel ensemble de liaison basse pression doté d'un échangeur thermique, d'une conduite de dérivation de l'échangeur thermique et d'au moins une vanne proportionnelle permet de gérer la proportion de gaz brûlé passant par l'échangeur thermique et la proportion de gaz brûlés passant par la conduite de dérivation, permettant ainsi d'avoir un contrôle en continu de la température de gaz brûlés sortant de l'ensemble basse pression avant qu'ils ne passent par le compresseur.
Un tel moteur de l'invention possède donc les avantages des moteurs de l'art antérieur dotés d'ensemble basse pression et permet en plus d'élargir la plage d'utilisation des gaz brûlés basse pression dont il est maintenant possible de contrôler la température et les quantités admises au compresseur. L'utilisation de forts taux d'EGR refroidi dont la température est contrôlée en boucle fermée et adaptée aux différents points de fonctionnement du moteur est donc permise par l'invention. Le contrôle de la température des gaz brûlés recyclés et donc des gaz admis dans les chambres de combustion peut ainsi être effectué en permanence.
Ainsi, lorsque l'on souhaite réduire la température des gaz admis dans une chambre, il est possible de le faire sans pour autant avoir à réduire la proportion de gaz brûlés admis. Cet ajustement quasi indépendant des paramètres de température de gaz admis dans les chambres et des paramètres de proportion de gaz brûlés recyclés admis permet de réduire les quantités de certains polluants émis par le moteur (Nox et carburant imbrûlés) en fonction des points de fonctionnement du moteur. Cette réduction des polluants peut être effectuée sur une plage de fonctionnement moteur plus étendue que celles autorisées par les moteurs de l'art antérieur.
On peut par exemple faire en sorte que le moteur comporte une unité électronique de contrôle moteur reliée à un premier capteur de température de l'ensemble pneumatique de liaison basse pression, le premier capteur étant disposé de manière à mesurer une température représentative de la température des gaz transitant par ledit ensemble de liaison basse pression.
Dans ce cas, le contrôle de la température des gaz brûlés basse pression n'est pas géré uniquement en évaluant la proportion de gaz passant par l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression, mais également en mesurant une température représentative de la température de ces gaz directement au niveau de l'ensemble basse pression.
Avantageusement il est également possible de faire en sorte que le premier capteur de température soit placé entre: une zone de jonction de l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression avec la conduite de dérivation de l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression; et l'entrée du compresseur, de façon que le premier capteur de température mesure une première température représentative de la température des gaz issus de la zone de jonction, avant qu'ils ne soient admis à l'entrée du compresseur.
De cette façon il est possible de contrôler finement la température des gaz brûlés issus de l'ensemble basse pression, ces gaz étant pris seuls et non encore mélangés au comburant. Le nombre de paramètres influençant la température des gaz brûlés à l'endroit de la zone de jonction est en effet limité principalement à la température des gaz brûlés sortants de la turbine, à la capacité d'échange thermique offerte par l'échangeur et à la position de la vanne proportionnelle. L'influence de la température de l'air extérieur est donc réduite ce qui simplifie le contrôle de la température des gaz brûlés par la vanne proportionnelle commandée par l'unité électronique de contrôle moteur.
Pour cela, l'unité électronique de contrôle moteur est reliée à un moyen de commande de position de ladite au moins une vanne proportionnelle, l'unité électronique de contrôle moteur étant adaptée pour commander la position de cette vanne proportionnelle en fonction de 10 la température mesurée par le premier capteur de température.
Ainsi, la température des gaz brûlés devant être admis par l'entrée du compresseur est maîtrisée par un contrôle de température en boucle fermée. Le contrôle en boucle fermée consiste à fixer une température de consigne donnée par l'unité électronique de contrôle moteur (enregistrée dans une mémoire contenant une base de données cartographiées) et à faire varier la position de la vanne proportionnelle en fonction de la première température mesurée de façon que cette première température représentative de celle des gaz brûlés transitant par l'ensemble pneumatique de liaison basse pression, tende vers, et se rapproche de la température de consigne.
Il est également possible de faire en sorte que l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression soit relié à un système de refroidissement du moteur comprenant un radiateur de refroidissement du moteur, un circuit de circulation de liquide de refroidissement et une pompe de circulation du liquide de refroidissement.
Préférentiellement, le débit de liquide de refroidissement est commandé par l'unité électronique de contrôle moteur ce qui permet de faire varier la capacité d'échange thermique de l'échangeur en fonction du débit de liquide de refroidissement.
Il est également possible de faire en sorte que le moteur comporte au moins un filtre à particules doté d'une entrée de filtre reliée à la sortie de gaz brûlés de la turbine et une sortie de filtre reliée à une entrée de l'ensemble basse pression, permettant ainsi de fournir à l'ensemble basse pression des gaz brûlés filtrés.
La présence d'un filtre à particules situé en amont de l'ensemble basse pression permet de n'admettre, dans l'ensemble basse pression, que des gaz brûlés filtrés.
Ceci prolonge la longévité du compresseur, de l'ensemble basse pression et permet également de réduire les émissions de particules à l'extérieur du moteur.
D'autre part, le filtre à particules est situé à proximité immédiate de la turbine afin d'avoir des gaz brûlés à relativement plus haute température que si le filtre était éloigné de la turbine.
Préférentiellement, le moteur de l'invention comporte une vanne d'échappement commandée en position par l'unité électronique de contrôle moteur et adaptée pour adopter des positions fermée ou ouverte et disposée de façon telle qu'en position fermée, la vanne d'échappement force les gaz brûlés transitant par la turbine, à transiter par l'ensemble basse pression et en ce qu'en position ouverte la vanne d'échappement favorise l'échappement des gaz brûlés transitant par la turbine vers une zone externe au moteur.
Cette vanne d'échappement lorsqu'elle est en position fermée empêche les gaz brûlés de s'échapper librement du moteur, ce qui fait donc augmenter la pression à l'intérieur de l'ensemble de liaison basse pression. Cette augmentation de pression à tendance à favoriser le passage des gaz brûlés à l'intérieur de l'ensemble basse pression permettant ainsi d'accroître la quantité de gaz brûlés disponible pour être admise dans les chambres.
Avantageusement, le moteur selon l'invention comporte une entrée d'admission d'air reliée à l'entrée du compresseur et un volet d'admission d'air commandé en position par l'unité électronique de contrôle moteur, le volet adoptant sélectivement une position d'obturation de l'entrée d'admission d'air et une position d'ouverture de l'entrée d'admission d'air.
La position dite d'obturation de l'entrée d'air est soit obtenue en fermant complètement l'entrée d'air, soit en obturant partiellement cette entrée d'air de façon à ce que le passage d'air offert par l'entrée d'air soit plus faible par rapport à ce qu'il est lorsque le volet est en position d'ouverture.
Le volet permet de contrôler la quantité d'air admise par l'entrée d'air du moteur et transitant par la suite par le compresseur, depuis son entrée jusqu'à sa sortie dite sortie de gaz comprimés.
Avantageusement, le moteur comporte un réchauffeur de gaz d'admission disposé entre ladite sortie du compresseur et l'une au moins desdites chambres de combustion.
Ce réchauffeur est utilisé en particulier, au démarrage du moteur, lorsque le moteur est encore froid, afin de préchauffer les gaz admis (principalement de l'air et des gaz brûlés haute pression), afin de favoriser la combustion. De plus, ce réchauffeur, qui comprend généralement une résistance électrique de chauffe, permet d'accélérer la vitesse de montée en température du moteur. Ceci est particulièrement avantageux pour réduire le volume de carburant imbrûlé et augmenter l'efficacité du filtre à particules.
Il est également possible de faire en sorte que l'ensemble pneumatique de liaison haute pression du moteur selon l'invention comporte: une conduite de transfert de gaz brûlés haute pression reliant les moyens d'échappement de gaz d'une chambre aux moyens d'admission de comburant d'une autre chambre, et; au moins une vanne de transfert disposée sur ladite conduite de transfert, de façon à contrôler le passage des gaz brûlés d'une chambre vers l'autre.
Grâce à un tel ensemble pneumatique de liaison haute pression, la liaison entre les moyens d'échappement de gaz d'une chambre et les moyens d'admission d'une autre chambre est réalisée de façon à être aussi directe que possible pour éviter une perte de pression involontaire lors du transfert de gaz haute pression par la conduite de transfert de gaz brûlés haute pression.
L'admission de gaz brûlés à haute pression est particulièrement utile dans des points de fonctionnement du moteur tels que lors du démarrage, lorsque l'on cherche à chauffer rapidement le moteur et le filtre à particules, afin de réduire les imbrûlés et le volume de particules émises.
Pour maximiser l'intérêt d'un tel ensemble pneumatique de liaison haute pression, il est préférable de réduire au minimum la perte de charge induite par l'ensemble de liaison haute pression. Ainsi, préférentiellement seule une vanne (vanne de transfert) est positionnée sur la conduite de transfert haute pression, et s'interpose entre les moyens d'échappement et la conduite d'admission.
De cette façon, la conduite de transfert de gaz brûlés haute pression transfert sélectivement les gaz brûlés haute pression d'une chambre vers une autre sans que ces gaz ne passent par l'ensemble pneumatique basse pression, c'est à dire sans qu'ils ne passent ni par la turbine, ni par le compresseur.
Cette liaison directe permet d'admettre dans une chambre des gaz brûlés chauds et à haute pression.
A contrario, il doit être noté que les gaz haute pression passant par la turbine deviennent des gaz basse pression à la sortie de la turbine, ces gaz sont également plus froids que les gaz brûlés haute pression directement issus des moyens d'échappement et transitant par la conduite de transfert.
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 à la figure 1.
Cette figure 1 représente un moteur à combustion interne 1 selon l'invention doté de quatre chambres de combustion 2 alimentées en comburant par des moyens d'admission en comburant 3 comprenant un collecteur d'alimentation en air 40 et au moins une soupape d'admission de comburant pour chaque chambre.
L'alimentation en comburant est ici réalisée par des injecteurs de carburant 4 tels que des injecteurs de gasoil.
L'échappement des gaz brûlés hors des chambres 2 est réalisé à l'aide de moyens d'échappement de gaz brûlés haute pression 5 comprenant: un collecteur de gaz brûlés 39 relié aux quatre chambres 2 et; au moins une soupape d'échappement pour chaque chambre.
Le collecteur de gaz brûlés est à la fois relié aux chambres, à une entrée 10 de turbine 8 d'un ensemble turbocompresseur 6 et à un ensemble pneumatique de liaison haute pression 15. L'ensemble de liaison haute pression 15 est adapté pour relier sélectivement une chambre 2 qui est en phase d'échappement à une autre chambre qui est en phase d'admission d'air. Pour cela, l'ensemble de liaison haute pression 15 est à la fois relié aux moyens d'échappement de gaz brûlés haute pression par l'intermédiaire du collecteur de gaz brûlés 39 et aux moyens d'admission de comburant par l'intermédiaire du collecteur d'alimentation en air 40. L'ensemble de liaison haute pression 15 est composé d'une conduite de transfert reliée à ses extrémités respectives au collecteur de gaz brûlés 39 et au collecteur d'alimentations en air 40.
La turbine 8 qui comporte une entrée 10 reliée au collecteur de gaz brûlés est entraînée à rotation par le flux de gaz brûlés la traversant et entraîne à son tour à rotation, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission 41, un compresseur 9.
La sortie de turbine 11 est reliée à une entrée de filtre 26 pour alimenter en gaz brûlés le filtre à particules 25. La sortie 27 du filtre à particules 25 est relié à la fois à une entrée de l'ensemble basse pression 28 et à une zone externe au moteur 30 par l'intermédiaire d'un tube de sortie d'échappement 42. La liaison entre la sortie de filtre 27 et la zone externe 30 peut être partiellement obturée à l'aide d'une vanne d'échappement 29 située à l'intérieur du tube de sortie d'échappement 42. La position (ouverte ou fermée) de la vanne 29 est commandée par l'unité électronique de contrôle moteur 19.
L'ensemble pneumatique de liaison basse pression 12 comporte une entrée 28 et une sortie de l'ensemble de liaison basse pression constituée par une vanne proportionnelle de sortie 43 dotée de trois voies.
L'une de ces trois voies est reliée à une zone de jonction 21 de l'ensemble de liaison basse pression 15.
L'autre voies est reliée à une entrée d'amission d'air 31 pour admettre vers le moteur, de l'air provenant d'une zone externe au moteur 30 et enfin, la dernière de ces trois voies est reliée à l'entrée de gaz à comprimer 13 du compresseur 9.
L'ensemble de liaison basse pression comprend un échangeur thermique 16 et une conduite de dérivation 17 permettant aux gaz brûlés provenant de la turbine 8 et transitant par l'entrée de l'ensemble basse pression 28 de contourner (ou bypasser ) l'échangeur thermique 16, lorsque le refroidissement des gaz brûlés basse pression n'est pas souhaité.
Une des trois voies d'une vanne proportionnelle 18 de l'ensemble basse pression constitue l'entrée de l'ensemble de liaison basse pression. Une autre voie de la vanne proportionnelle 18 est reliée à l'entrée de gaz brûlés de l'échangeur thermique 16 et la troisième voie de la vanne proportionnelle 18 est reliée à une extrémité de la conduite de dérivation 17. Ainsi, soit la vanne proportionnelle dirige l'ensemble des gaz brulés vers le conduit de dérivation 17, lorsqu'il n'est pas nécessaire de refroidir les gaz brûlés basse pression, soit cette même vanne 18 dirige l'ensemble des gaz brûlés vers le refroidisseur lorsque le refroidissement des gaz brûlés est souhaité, soit la vanne oriente une portion des gaz brûlés provenant de la turbine vers l'échangeur 16 et une autre portion vers la conduite de dérivation 17.
Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement intéressant car il permet de faire varier extrêmement rapidement la température des gaz brûlés basse pression en commandant simplement la vanne proportionnelle 18.
Ce mode de régulation possède une inertie thermique réduite par rapport à un mode de régulation qui commanderait plutôt le débit des fluides de refroidissement dans l'échangeur.
Cette seconde possibilité est toutefois offerte, mais en combinaison avec la solution de dérivation des gaz brûlés par la conduite 17.
En effet, l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression est un échangeur gaz /liquide et, est donc connecté à radiateur de refroidissement 22 par un circuit de circulation de liquide de refroidissement 23.
Le liquide de refroidissement du circuit est mis en mouvement à l'aide d'une pompe de circulation de liquide 24.
Il est à noter que le radiateur 22 est un échangeur liquide / gaz et est préférentiellement celui qui est utilisé pour le refroidissement du moteur.
La conduite de dérivation 17 et la sortie de l'échangeur thermique basse pression 16 sont reliées en une zone de jonction 21 à proximité de laquelle est positionné un premier capteur de température 20 (thermocouple) pour capter la température des gaz sortant à la fois de l'échangeur 16 et de la conduite de dérivation 17.
Ce capteur est relié à l'unité électronique de contrôle moteur 19 qui commande la position de la vanne proportionnelle 18 de manière à ce que les gaz brûlés aient une température donnée et maîtrisée dans la zone de liaison 21.
Les gaz brûlés issus de l'ensemble de liaison basse pression sont mélangés dans la vanne proportionnelle de sortie trois voies 43 avec des comburants provenant de l'entrée d'admission d'air 31.
Les proportions respectives d'air et de gaz brûlés de ce mélange sont réglées grâce à la position de la vanne proportionnelle 43 et également grâce à un volet d'admission d'air 32 qui contrôle le passage de l'air dans l'entrée d'admission d'air 31.
Ce mélange de gaz brûlés basse pression et de comburant est conduit par la vanne 43 vers l'entrée du compresseur 9 pour ressortir compressé par la sortie de gaz comprimé du compresseur.
Il est à noter que lorsque la différence de pression entre la pression échappement en aval du filtre à particules et la pression à l'admission associée à une ouverture maximale de la vanne proportionnelle de sortie 43 est insuffisante pour atteindre le taux de gaz brûlés voulu à l'entrée du compresseur 9 alors, l'unité électronique, commande les positions de la vanne d'échappement 29 et du volet d'admission d'air 32 de manière à augmenter le débit de gaz brûlés dans l'ensemble de liaison basse pression.
A cet ensemble de liaison basse pression 12 est associé un ensemble de liaison haute pression 15 situé entre la sortie de gaz comprimés 14 du compresseur 9 et les moyens d'admission de comburant 3.
Sur les faibles charges (c'est à dire sur les points de fonctionnement moteur où il y a une faible quantité de carburant injectée et corrélativement un faible couple moteur), lorsque la température du mélange air / gaz brûlés doit être assez élevée afin de minimiser les émissions d'imbrûlés (HC) et de monoxydes de carbone (CO), l'alimentation du moteur en gaz brûlés est alors principalement assurée par la l'ensemble de liaison haute pression par l'intermédiaire d'une conduite de transfert 34.
Dans ce cas, la vanne proportionnelle de sortie 43 qui détermine la quantité de gaz brûlés basse pression à admettre est alors positionnée pour empêcher le passage des gaz brûlés basse pression vers le compresseur 9 et la vanne de transfert 35 située sur la conduite de transfert 34 est la seule à commander le passage de gaz brûlés vers l'admission, ces gaz brûlés étant alors uniquement des gaz haute pression.
Ce mode de fonctionnement d'admission exclusive de gaz brûlés haute pression est particulièrement utile juste après le démarrage du moteur à froid, lorsque l'eau moteur (liquide de refroidissement) est encore froide et que le catalyseur d'oxydation du filtre à particules n'est pas suffisamment chaud pour être efficace.
La liaison entre la sortie de gaz compressés 14 du compresseur 9 et une des voies 37 de la vanne de transfert 35 qui est une vanne trois voies est réalisée par une section 45 de circuit haute pression refroidie et / ou par une section 46 de circuit haute pression non refroidie, ces deux sections étant parallèles entre elles.
La section 45 possède une extrémité reliée à une première voie 48 d'une vanne trois voies proportionnelle de refroidissement haute pression 44. La section 46 possède également une de ses extrémités reliée à une autre voie de la vanne de refroidissement haute pression 44. La troisième et dernière voie de cette vanne de refroidissement 44 est reliée directement à la sortie de gaz comprimés 14. Cette vanne de refroidissement est adaptée pour orienter des portions variables de gaz provenant de la sortie 14 du compresseur vers l'une et/ou l'autre des sections 45 et 46.
La section 45 de circuit haute pression refroidie comporte un radiateur d'air de suralimentation 47 qui est un radiateur gaz / gaz ayant pour fonction de refroidir les gaz provenant du compresseur 9 qui sont généralement réchauffés lors de la compression. Cette section 45 est reliée à une de ses extrémités la première voie 48 de la vanne 44 et à l'autre de ses extrémités à la seconde voie 37 de la vanne de transfert 35.
A contrario, la section 46 de circuit haute pression non refroidie est une liaison directe, sans radiateur entre une seconde voie 49 de la vanne de refroidissement haute pression 44 et la seconde voie 37 de la vanne de transfert 35.
Lorsque les gaz haute pression doivent être refroidis, la vanne 44 qui est une vanne proportionnelle est alors positionnée pour orienter une forte proportion des gaz provenant de la sortie du compresseur 9 vers la section 45 et son radiateur d'air de suralimentation 47. Ces gaz refroidis lorsque mélangés avec les gaz brûlés haute pression, à l'endroit de la vanne de transfert 35 peuvent être utilisés pour contrôler la température des gaz brûlés haute pression.
A contrario, lorsque les gaz ayant transité par le compresseur ne doivent pas être refroidis, alors la vanne de refroidissement haute pression 44 est positionnée pour orienter les gaz comprimés, directement vers la seconde voie 37 de la vanne de transfert 35, en passant par la section de circuit haute pression non refroidie 46 et sans passer par le radiateur 47. Cette dernière configuration est utilisée principalement lorsque l'on
souhaite chauffer rapidement le moteur. Dans ce cas, seul les gaz brûlés haute pression sont utilisés mélangés avec des gaz comprimés non refroidis ne contenant pas de gaz brûlés issus du circuit basse pression (ce dernier circuit basse pression étant froid et mettant du temps avant de chauffer).
La vanne de transfert 35 est une vanne proportionnelle trois voies dont: une première voie 36 est reliée aux moyens d'échappement de gaz brûlés haute pression 5 d'au moins l'une des chambres 2; une seconde voie 37 est reliée à la sortie de gaz comprimés 14 du compresseur 9 (cette liaison n'est pas directe car la vanne de refroidissement haute pression est située entre la vanne de transfert 35 et la sortie du compresseur) et; une troisième voie 38 est reliée aux moyens d'admission de comburant 3 (c'est à dire au collecteur d'alimentation en air 40) de l'une au moins des chambres 2.
Cette vanne de transfert 35 permet ainsi d'alimenter sélectivement les moyens d'admission de comburant en gaz brûlés haute pression issus de moyens d'échappement de gaz brûlés haute pression d'au moins l'une des chambres ou en gaz brûlés issus du compresseur.
Cette vanne de transfert 35 permet également de maîtriser: la proportion de gaz brûlés passant par l'ensemble de liaison haute pression 15; la proportion passant par la turbine 8 et également; la proportion de gaz brûlés disponibles pour l'ensemble de liaison basse pression 12.
La vanne de refroidissement haute pression 48 permet de maîtriser le refroidissement ou le non refroidissement des gaz compressés issus de la sortie du compresseur 9. La vanne proportionnelle 18 de l'ensemble de liaison basse pression 12 permet de maîtriser la température des gaz brûlés basse pression.
La vanne proportionnelle de sortie 43 permet quand à elle de maîtriser la quantité de gaz brûlés basse pression devant être recirculés.
Le réchauffeur de gaz d'admission peut également être utilisé pour chauffer les gaz devant être admis dans les chambres, ce réchauffeur peut être utile lorsque le moteur est froid pour accélérer la montée en température du moteur et principalement du catalyseur d'oxydation du filtre à particules 25.
L'ensemble des vannes, capteurs 20, 50 et pompe décrits précédemment sont reliés électriquement à l'unité électronique de contrôle moteur qui capte les informations moteur à l'aide des capteurs, utilise un procédé de commande moteur pour générer des ordres de commande à destination des vannes 18, 29, 35, 43, 44, volet 32, pompe 24 et réchauffeur 33.
Ces ordres commandent les positions respectives de toutes les vannes et volet, le débit de pompe et la puissance de chauffe du réchauffeur 33 en fonction du point de fonctionnement courant du moteur (couple moteur et régime).
Avantageusement une cartographie du moteur et en particulier de la vanne 18 est réalisée pour atteindre les températures souhaitées des gaz brûlés sortant de l'ensemble basse pression.
Grâce au moteur de l'invention il est donc maintenant possible d'utiliser des gaz brûlés recyclés dans quasiment toutes les phases de fonctionnement du moteur soit en utilisant des gaz brûlés haute pression, soit en utilisant des gaz brûlés basse pression, soit en utilisant les deux. Quel que soit le mode d'admission choisi des gaz brûlés (haute pression et/ou basse pression), l'invention permet également de maîtriser la température des gaz à l'entrée du collecteur d'alimentation en air 40.
Pour cela un second capteur de température 50 est disposé sur l'un des moyens d'admission de comburant 3, c'est à dire sur le collecteur d'alimentation en air, entre les chambres et la vanne de transfert 35.
Les capteurs de températures 20 et 50 sont utilisés en boucle fermée. Ces capteurs détectent chacun la brûlés après les échangeurs Ces valeurs sont des consignes de brûlés prédéfinies dans une cartographie lors de la mise au point du moteur. L'unité électronique de contrôle moteur applique alors des corrections par rapport aux consignes respectives indiquées dans la cartographie de contrôle des vannes proportionnelles 18 et 44. Chaque correction appliquée est proportionnelle à la différence entre la température de consigne et la température mesurée de façon à s'approcher au plus près (à + /- 1 C), et le plus rapidement possible, de la température de consigne pour le point de fonctionnement donné.
température des gaz thermiques / radiateurs. respectivement comparées avec températures de gaz Ce moteur permet donc de réduire au final les émissions polluantes en fonction de ses différents points de fonctionnement en utilisant au mieux les gaz brûlés et en maîtrisant la température des gaz admis dans les chambres.
Par exemple, pour réduire la quantité d'oxyde d'azote (Nox) et de particules émises on réduira la température des gaz brûlés recyclés, mais cette action à l'inconvénient d'augmenter les oxydes de carbone (CO). Le moteur selon l'invention permet ainsi pour chacun de ses points de fonctionnement de maîtriser le volume et la nature des émissions polluantes pour en réduire les effets sur l'environnement. Par exemple sur des points de fonctionnement peu chargés (c'est à dire à faible couple moteur et faible quantité de carburant) où les émissions d'oxyde d'azote (Nox) sont faibles il est préférable de limiter au minimum le niveau de refroidissement des gaz brûlés afin de réduire les émissions d'imbrûlés (HC) et de CO, qui sont alors les polluants générés en plus grande quantité.
A contrario, sur les points fortement chargés (c'est à dire à fort couple moteur et forte quantité de carburant), il est préférable de refroidir au maximum les gaz brûlés pour réduire les émissions de fumées et de NOx qui sont alors les polluants générés en plus grande quantité.
L'ensemble de liaison basse pression 12 sera donc utilisé principalement en forte charge avec un refroidissement des gaz brûlés par l'échangeur thermique 16.
L'ensemble de liaison haute pression sera utilisé principalement en faible charge, sans l'ensemble basse pression.
Sur d'autres points de fonctionnement moteur où les charges sont dites partielles (couple moteur moyen) c'est à dire des points de fonctionnement situés entre les deux extrêmes, il est alors choisi d'utiliser simultanément les deux ensembles de liaison haute et basse pression.
Le moteur de l'invention permet d'obtenir de très forts taux de gaz brûlés recyclés sur des points fortement chargés grâce à l'ensemble basse pression et à la vanne d'échappement 29 et au volet d'admission d'air 32.
Le moteur de l'invention permet de réduire la durée d'amorçage du catalyseur du filtre à particules après démarrage à froid grâce à l'utilisation séparée ou simultanée du réchauffeur 33 (situé au niveau du plénum d'admission), du volet d'admission 32 et de la vanne de refroidissement haute pression 44 qui permet de bypasser (c'est à dire contourner) ou non le radiateur d'air de circulation 47.
Le moteur de l'invention permet également lors des phases transitoires, de répondre plus rapidement à la demande de modification du taux de gaz brûlés en utilisant dans un premier temps et préférentiellement l'ensemble de liaison haute pression qui est plus court que l'ensemble de liaison basse pression. L'ensemble de liaison haute pression faisant alors office d'actionneur rapide par rapport à l'ensemble de liaison basse pression.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne (1) comportant: des chambres de combustion (2) ; des moyens d'admission de comburant (3) pour chaque chambre; des moyens d'admission de carburant (4) pour chaque chambre; des moyens d'échappement (5) de gaz brûlés haute pression pour les chambres; un ensemble turbocompresseur (6) comportant une turbine (8) et un compresseur (9) entraîné à rotation par ladite turbine (8) lorsque celle- ci est alimentée en gaz brûlés provenant des moyens d'échappement (5), la turbine (8) étant dotée d'une entrée de gaz brûlés (10) reliée aux moyens d'échappement (5) et d'une sortie de gaz brûlés (11) alimentant sélectivement en gaz brûlés, par l'intermédiaire d'un ensemble pneumatique de liaison basse pression (12), une entrée de gaz à comprimer (13) dudit compresseur (9), le compresseur (9) comportant en outre une sortie de gaz comprimés (14) alimentant sélectivement les moyens d'admission de comburant (3) par l'intermédiaire d'un ensemble pneumatique de liaison haute pression (15), caractérisé en ce que l'ensemble pneumatique de liaison basse pression (12) est adapté pour permettre le transit de gaz brûlés de la turbine (8) vers le compresseur (9), ces gaz brûlés passant par un échangeur thermique de l'ensemble basse pression (16) et/ou par une conduite de dérivation de l'échangeur thermique (17) de l'ensemble basse pression (12), l'ensemble basse pression (12) étant adapté pour contrôler, à l'aide d'au moins une vanne proportionnelle (18), la proportion de gaz brûlés passant par l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression (16) et la proportion de gaz brûlés passant par la conduite de dérivation (17), permettant ainsi de contrôler la température des gaz brûlés admis à l'entrée du compresseur (9).
2. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de contrôle moteur (19) reliée à un premier capteur de température (20) de l'ensemble pneumatique de liaison basse pression, le premier capteur (20) étant disposé de manière à mesurer une température représentative de la température des gaz transitant par ledit ensemble de liaison basse pression (12).
3. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier capteur de température (20) est placé entre une zone de jonction (21) de l'échangeur thermique de l'ensemble basse pression (16) avec la conduite de dérivation de l'échangeur thermique (17) de l'ensemble basse pression et l'entrée (13) du compresseur (9), de façon que le premier capteur de température (20) mesure une première température représentative de la température des gaz issus de la zone de jonction (21), avant qu'ils ne soient admis à l'entrée (13) du compresseur (9).
4. Moteur (1) selon l'une des revendications 2 ou
3, caractérisé en ce que l'unité électronique de contrôle moteur (19) est reliée à un moyen de commande de position de ladite au moins une vanne proportionnelle (18), l'unité électronique de contrôle moteur (19) étant adaptée pour commander la position de cette vanne proportionnelle (18) en fonction de la température mesurée par le premier capteur de température (20).
5. Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (16) de l'ensemble basse pression est relié à un système de refroidissement du moteur comprenant un radiateur de refroidissement du moteur (22), un circuit de circulation de liquide de refroidissement (23) et une pompe de circulation (24) du liquide de refroidissement.
6. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre à particules (25) doté d'une entrée de filtre (26) reliée à la sortie de gaz brûlés (11) de la turbine (8) et une sortie de filtre (27) reliée à une entrée de l'ensemble basse pression (28), permettant ainsi de fournir à l'ensemble basse pression (12) des gaz brûlés filtrés.
7. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne d'échappement (29) commandée en position par l'unité électronique de contrôle moteur (19) et adaptée pour adopter des positions fermée ou ouverte et disposée de façon telle qu'en position fermée, la vanne d'échappement force les gaz brûlés transitant par la turbine (8) à transiter par l'ensemble basse pression (12) et en ce qu'en position ouverte la vanne d'échappement (29) favorise l'échappement des gaz brûlés transitant par la turbine (8) vers une zone externe au moteur (30).
8. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée d'admission d'air (31) reliée à l'entrée du compresseur (13) et un volet d'admission d'air (32) commandé en position par l'unité électronique de contrôle moteur (19), le volet (32) adoptant sélectivement une position d'obturation de l'entrée d'admission d'air (31) et une position d'ouverture de l'entrée d'admission d'air (31).
9. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un réchauffeur de gaz d'admission (33) disposé entre ladite sortie du compresseur (14) et l'une au moins desdites chambres de combustion (2).
10. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ensemble pneumatique de liaison haute pression (15) comporte une conduite de transfert (34) de gaz brûlés haute pression reliant les moyens d'échappement de gaz (5) d'une chambre aux moyens d'admission de comburant (3) d'une autre chambre, et au moins une vanne de transfert (35) disposée sur ladite conduite de transfert (34), de façon à contrôler le passage des gaz brûlés d'une chambre vers l'autre.
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