FR2884866A1 - Moteur a suralimentation sequentielle et a distribution variable - Google Patents
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Abstract
Dispositif de suralimentation séquentielle pour moteur 1 à combustion interne de véhicule automobile comprenant une pluralité de cylindres 2 équipés de soupapes 3, 4, 5, 6, deux turbo-compresseurs 7, 10, l'un 7 comprenant une première turbine 8 et un premier compresseur 9 couplés, l'autre 10 comprenant une deuxième turbine 11 et un deuxième compresseur 12 couplés. Des moyens d'interruption du flux des gaz d'échappement traversent la deuxième turbine 11. Des moyens d'interruption du flux des gaz d'admission traversent le deuxième compresseur 12. Le dispositif comprend un mécanisme d'admission comprenant l'ensemble des soupapes d'admission 3, 4 de chaque cylindre 2 et un mécanisme d'échappement comprenant l'ensemble des soupapes d'échappement 5, 6 de chaque cylindre 2. Au moins un des mécanismes d'admission et/ou d'échappement présentent au moins une première et une deuxième soupapes par cylindre 2, un système de distribution des gaz, variable en fonction du régime moteur, commandant au moins ladite deuxième soupape 4, 6 de chaque cylindre, de manière dissociée de l'actionnement de la première soupape 3, 5.
Description
Moteur à suralimentation séquentielle et à distribution variable.
L'invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, notamment pour véhicules automobiles, et en particulier les moteurs équipés de dispositifs de suralimentation séquentielle ainsi que de dispositifs de distribution variable.
Les systèmes de suralimentation consistent de manière connue à récupérer l'énergie cinétique des gaz d'échappement par une turbine pour comprimer les gaz d'admission, augmenter la quantité de gaz introduite dans le cylindre et ainsi augmenter le couple moteur généré par une cylindrée donnée.
La suralimentation séquentielle consiste à avoir deux turbo-compresseurs dont un seul est alimenté à bas régime, le deuxième turbo-compresseur n'étant sollicité qu'à partir d'un régime donné.
Cela améliore de manière connue le couple moteur à bas régime. Le peu de gaz d'échappement produit par un moteur à bas régime est concentré sur une seule turbine qui est utilisée à un point de fonctionnement de vitesse plus élevée, pour lequel le turbo-compresseur a un meilleur rendement énergétique.
Dans ce domaine, le brevet US 4 709 552 (Porsche) a décrit un moteur ayant six cylindres en communication avec un collecteur d'échappement commun à tous les cylindres et un conduit d'admission également commun à tous les cylindres. Un premier et un deuxième turbo-compresseurs ont leur turbine en parallèle insérée entre le collecteur d'échappement et le silencieux, tandis que les deux compresseurs également parallèles sont insérés entre le conduit d'admission et un filtre à air. Une valve interruptrice est interposée entre le collecteur d'échappement et la deuxième turbine pour maîtriser le flux d'échappement vers le deuxième turbo en fonction des paramètres moteur. Une valve anti-retour est interposée entre le deuxième compresseur et le conduit d'admission, de manière à empêcher que les gaz comprimés par le premier compresseur ne retournent au filtre à air à travers le circuit parallèle d'admission.
Par ailleurs, les turbocompresseurs sont connus pour entrer en phase de pompage si la turbine monte en pression alors que le compresseur correspondant ne voit aucun débit de gaz. Le dispositif de suralimentation séquentielle décrit, comprend une valve de ventilation et des capteurs de pression en amont et en aval de la valve anti-retour.
Un système de pilotage de la valve de ventilation permet le passage d'une partie des gaz comprimés à travers le deuxième compresseur un peu avant le démarrage de la deuxième turbine. Ainsi, lorsque la valve interruptrice s'ouvre pour alimenter la deuxième turbine, le deuxième compresseur augmente la pression d'un débit de gaz déjà établit.
Ce type de suralimentation séquentielle présente l'inconvénient de nécessiter trois valves et un dispositif de capteurs. Les valves et les capteurs sont en contact avec les gaz comprimés par un compresseur, ou avec les gaz d'échappement dont la température est élevée. La température et les vibrations représentent des contraintes très sévères pour des composants mécaniques ayant des parties mobiles. Il en résulte que la fiabilité mécanique d'un tel système de suralimentation séquentielle est difficile à maîtriser.
Un autre inconvénient de ce type de suralimentation séquentielle apparaît lorsque le moteur est à plein régime. Lorsque les soupapes d'échappement commencent leur ouverture, les turbines du turbo-compresseur voient une forte surpression qui s'atténue au cours de la phase d'échappement. Ce phénomène de surpression en début d'échappement est connu comme un phénomène de bouffées qui fragilise fortement les turbines des turbocompresseurs.
Le brevet US 5 063 744 (Toyota; Aisen) décrit un autre dispositif de suralimentation séquentielle qui évite le phénomène de pompage lors du démarrage du deuxième turbo-compresseur. Les deux turbines et les deux compresseurs sont montés en série. À bas régime, une dérivation des gaz d'échappement et d'admission est commandée par deux vannes et permet de n'avoir qu'un seul turbo-compresseur actif. Ce type de suralimentation séquentielle présente également le même inconvénient de fiabilité des vannes.
Le brevet US 5 142 866 (Toyota) décrit un moteur combinant le système de suralimentation à deux turbo-compresseurs en série avec un système EGR de recyclage partiel des gaz pour réduire la quantité d'oxyde d'azote des gaz s'échappant du véhicule. Les gaz d'échappement sont prélevés entre les deux.turbines.
Par ailleurs, la demande de brevet FR 2 835 882 (Peugeot) décrit un moteur à essence équipé d'un unique turbo-compresseur de suralimentation et d'une distribution variable des soupapes d'échappement. Un collecteur d'échappement est associé à l'une des deux soupapes d'échappement de chaque cylindre et communique avec la turbine. Un autre collecteur d'échappement, associé à l'autre soupape d'échappement de chaque cylindre, alimente directement le pot catalytique sans passer par la turbine. La commande de chaque soupape est indépendante, ce qui permet à bas régime de supprimer la suralimentation pour chauffer rapidement le pot catalytique. Un tel moteur présente l'inconvénient de supprimer les avantages de la suralimentation à bas régime. Cela est l'opposé de ce qui est recherché dans une suralimentation séquentielle, pour lequel le fait de n'utiliser à bas régime qu'un seul turbo-compresseur au lieu de deux, vise à utiliser au mieux le peu de gaz d'échappement produit à bas régime, en vue d'utiliser une turbine avec un meilleur rendement énergétique.
L'invention propose un dispositif de suralimentation séquentielle pour moteur à combustion interne, en particulier pour véhicule automobile qui résout les inconvénients ci-dessus. Le dispositif de l'invention présente notamment une quantité réduite de composants mécaniques dont la fiabilité est délicate à maîtriser, ainsi que des performances améliorées du couple moteur à bas régime et un phénomène de bouffées à haut régime réduit par rapport aux systèmes à suralimentation séquentielle connus.
Selon un premier mode de réalisation, le moteur à combustion interne pour véhicule automobile comprend une pluralité de cylindres équipés de soupapes, deux turbo-compresseurs, l'un comprenant une première turbine et un premier compresseur couplés, l'autre comprenant une deuxième turbine et un deuxième compresseur couplés. Le moteur comprend également des moyens d'interruption du flux des gaz d'échappement traversant la deuxième turbine et des moyens d'interruption du flux des gaz d'admission traversant le deuxième compresseur, ainsi qu'un mécanisme d'admission comprenant l'ensemble des soupapes d'admission de chaque cylindre et un mécanisme d'échappement comprenant l'ensemble des soupapes d'échappement de chaque cylindre. Le mécanisme d'admission présente au moins une première et une deuxième soupapes d'admission par cylindre, un système de distribution des gaz, variable en fonction du régime moteur, commandant au moins ladite deuxième soupape d'admission de chaque cylindre, de manière dissociée de l'actionnement de la première soupape d'admission.
On conçoit qu'un tel système de suralimentation séquentielle n'a pas besoin de valve anti-retour car les gaz comprimés par le premier compresseur sont empêchés de remonter à l'admission du moteur par le deuxième compresseur grâce à la fermeture des deuxièmes soupapes d'admission. Il n'y a pas besoin de capteurs, ni de valve de ventilation, car les soupapes d'admission peuvent commencer à s'ouvrir légèrement avant que la deuxième turbine ne soit alimentée et ainsi éviter le phénomène de pompage du deuxième turbo- compresseur.
Avantageusement, un premier conduit distributeur relie un premier compresseur à chacune des premières soupapes d'admission. Un deuxième conduit distributeur relie un deuxième compresseur à chacune des deuxièmes soupapes d'admission, les deuxièmes soupapes d'admission étant commandées par un système de distribution d'admission variable. Deux refroidisseurs d'air de suralimentation peuvent être raccordés l'un au premier conduit distributeur, l'autre au deuxièmeconduit distributeur.
Avantageusement encore, le dispositif comprend un collecteur commun d'échappement relié à l'ensemble des soupapes d'échappement et deux dérivations parallèles, l'une reliée à la première turbine, l'autre reliée à la deuxième turbine, une vanne de turbine étant insérée immédiatement en amont ou en aval de la deuxième turbine.
Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif est muni d'un mécanisme d'échappement qui présente au moins deux soupapes d'échappement par cylindre, un système de distribution variable commandant au moins une desdites soupape d'échappement de chaque cylindre.
On conçoit que dans un tel dispositif, il n'est pas nécessaire d'avoir une valve interruptrice car les gaz d'échappement sont empêchés de rejoindre la deuxième turbine lorsque les deuxièmes soupapes d'échappement sont fermées. La suppression d'une valve en contact avec les gaz d'échappement améliore grandement la fiabilité du moteur.
Avantageusement, le mécanisme d'échappement comprend pour chaque cylindre, au moins une première soupape d'échappement et au moins une deuxième soupape d'échappement. Un premier collecteur d'échappement relie l'ensemble des premières soupapes d'échappement à la première turbine. Un deuxième collecteur d'échappement relie l'ensemble des deuxièmes soupapes d'échappement à la deuxième turbine, les deuxièmes soupapes d'échappement étant commandées par un système de distribution d'échappement variable.
Avantageusement, le dispositif comprend un conduit distributeur commun relié à l'ensemble des soupapes d'admission, un refroidisseur d'air d'admission commun, ainsi qu'un premier et un deuxième conduit d'air comprimé en parallèle. Le premier conduit d'air comprimé est relié au premier compresseur, le deuxième conduit d'air comprimé est relié au deuxième compresseur et est munie d'une vanne de compresseur, une vanne de ventilation raccorde l'amont et l'aval du deuxième compresseur.
Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif est muni d'un mécanisme d'admission selon le premier mode de réalisation, et un mécanisme d'échappement selon le deuxième mode de réalisation. Ce troisième mode de réalisation présente simultanément les avantages des premier et deuxième modes de réalisation.
Selon une variante, le moteur comprend une dérivation EGR entre une partie d'un collecteur d'échappement relié à la première turbine et une partie d'un conduit distributeur relié au premier compresseur, en vue du recyclage partiel des gaz d'échappement, et comprenant une vanne EGR et un refroidisseur EGR. La combinaison d'un système de suralimentation séquentielle muni d'un système de recyclage partiel des gaz d'échappement avec une distribution variable a un effet sur le taux de gaz recyclé à bas régime supérieur à la somme des effets de chacun des éléments pris isolément. En effet, la suralimentation séquentielle classique augmente la pression des gaz d'échappement ainsi que celle des gaz d'admission. La quantité de gaz régénéré est directement proportionnelle à la différence de pression entre l'échappement et l'admission. L'introduction d'une distribution variable permet à bas régime de réduire le refoulement des gaz en fin de la phase d'admission, ce qui a comme effet d'augmenter la pression d'échappement et de réduire celle d'admission, et donc d'augmenter la quantité de gaz brûlés régénérés.
Selon une autre variante, le dispositif est équipé, en aval d'au moins une turbine, d'un filtre à particule et/ou d'un pot catalytique. La présence d'un filtre à particules est particulièrement utile pour des moteurs de type Diesels.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de suralimentation séquentielle pour moteur à combustion interne de véhicule automobile comportant au moins un cylindre, comprend une étape où l'on partage dans ledit cylindre, les gaz d'admission et/ou les gaz d'échappement dudit cylindre, en deux flux, l'un vers un premier turbo-compresseur, l'autre vers un deuxième turbo-compresseur, et au cours duquel on interrompt, dans ledit cylindre, le flux à destination du deuxième turbo-compresseur lorsque le régime moteur est inférieur à un seuil.
Le procédé où chacun des cylindres du moteur est muni d'une première et d'une deuxième soupape d'admission, comprend avantageusement une étape où ledit partage des gaz d'admission consiste à distribuer séparément les gaz arrivant aux premières soupapes et ceux aux deuxièmes soupapes, et au cours duquel ladite interruption du flux des gaz d'admission se fait en fermant lesdites deuxièmes soupapes d'admission.
Le procédé, où chacun des cylindres du moteur est muni d'une première et d'une deuxième soupape d'échappement, comprend avantageusement une étape où ledit partage des gaz d'échappement consiste à collecter séparément les gaz issus des premières soupapes et ceux issus des deuxièmes soupapes, et au cours duquel ladite interruption du flux des gaz d'échappement se fait en fermant les deuxièmes soupapes d'échappement.
Le procédé comprend avantageusement une étape où l'on recycle une partie des gaz d'échappement alimentant la turbine du premier turbo compresseur.
Le procédé comprend avantageusement une étape où l'on refroidit séparément les gaz de suralimentation issus des compresseurs du premier et du deuxième turbo-compresseur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation du dispositif pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique du premier mode de réalisation, muni d'un système de distribution variable d'admission, - la figure 2 est une représentation schématique du deuxième mode de réalisation, muni d'un système de distribution variable d'échappement, et -la figure 3 est une représentation schématique du troisième mode de réalisation, muni d'un système de distribution variable d'admission et d'échappement.
Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de suralimentation séquentielle concerne un moteur 1 à combustion interne pour véhicule automobile. Le moteur 1 est muni d'une pluralité de cylindres 2 équipés chacun d'une première soupape d'admission 3, d'une deuxième soupape d'admission 4, d'une première soupape d'échappement 5 et d'une deuxième soupape d'échappement 6. Le dispositif comprend également un premier turbocompresseur 7 comprenant une première turbine 8 et un premier compresseur 9 ainsi qu'un deuxième turbocompresseur 10 comprenant une deuxième turbine 11 et un deuxième compresseur 12.
Le dispositif comprend un filtre à air 13, un premier refroidisseur d'air 14 et un deuxième refroidisseur d'air 15. Un premier conduit d'air libre 16 relie le filtre à air 13 au premier compresseur 9. Un deuxième conduit d'air libre 17 relie le filtre à air 13 au deuxième compresseur 12. L'air, comprimé par le premier compresseur 9, est conduit par un premier conduit d'air comprimé 18 à travers le premier refroidisseur d'air 14 et un premier conduit distributeur 19 jusqu'à chacune des six premières soupapes d'admission 3 correspondant à chacun des six cylindres 2. De même, l'air comprimé par le deuxième compresseur 12, est conduit par un deuxième conduit d'air comprimé 20 à travers le deuxième refroidisseur d'air 15 et un deuxième conduit distributeur 21 jusqu'à chacune des six deuxièmes soupapes d'admission 4 correspondant à chacun des six cylindres 2. Un collecteur commun d'échappement 22 récupère les gaz d'échappement issus de l'une quelconque des six premières soupapes d'échappement 5 ou de l'une quelconque des six deuxièmes soupapes d'échappement 6 de chacun des six cylindres 2. Le collecteur commun d'échappement 22 comprend trois dérivations 23, 24, 25. Une première dérivation d'échappement 23 conduit les gaz d'échappement depuis le collecteur commun d'échappement 22 vers la première turbine 8, une deuxième dérivation d'échappement 24 conduit les gaz d'échappement depuis le collecteur commun d'échappement 22 vers la deuxième turbine 11 et une dérivation EGR 25 prélève une partie des gaz d'échappement en vue de leur recyclage. Les gaz d'échappement ayant traversé la première turbine 8 sont collectés par un premier conduit d'échappement 26, et les gaz ayant traversé la deuxième turbine 11 sont collectés par un deuxième conduit d'échappement 27 sur lequel est insérée une vanne de turbine 28. Les gaz collectés par chacun des conduits d'échappement 26 et 27 se rejoignent dans un conduit commun d'échappement 29 et traversent successivement un pot catalytique 30, un filtre à particules 31 et un pot de détente 32. La partie des gaz d'échappement prélevés par la dérivation EGR 25 traverse une vanne EGR 33, un refroidisseur EGR 34 et rejoint le premier conduit distributeur 19.
Un système de distribution d'admission variable, non représenté sur la figure, permet de commander l'ouverture et la fermeture de chacune des six premières soupapes d'admission 3 ainsi que de chacune des six deuxièmes soupapes d'admission 4 de chaque cylindre 2 en fonction de la position d'un vilebrequin non représenté du moteur 1, et en fonction du régime moteur, c'est-à-dire en fonction de la vitesse du moteur 1 et de sa charge. Ainsi, l'ouverture et la fermeture de chacune des soupapes d'admission 3, 4 peuvent être anticipées ou retardées par rapport à la position du vilebrequin où il faut normalement ouvrir ou fermer lesdites soupapes 3, 4 lorsque le moteur 1 est à plein régime.
Le système de distribution variable peut également s'abstenir d'ouvrir l'ensemble ou une partie des deuxièmes soupapes d'admission 4 en fonction du régime moteur. Cette dernière caractéristique permet de faire fonctionner une suralimentation de manière séquentielle.
À partir d'une certaine vitesse de rotation de la turbine 8 ou 11, le rendement énergétique du turbo-compresseur 7 ou 10 se dégrade, cette vitesse correspond à un régime donné du moteur 1. En dessous de ce régime. la quantité de gaz comprimés par le seul turbo-compresseur 7 est supérieure à la somme des quantités de gaz que comprimeraient les deux turbo-compresseur 7 et 10 à bas régime. La méthode de détermination de ce régime prédéterminé est connue des concepteurs de dispositif de suralimentation séquentielle, et dépend du moteur et des turbocompresseurs.
Dans une configuration de bas régime, lorsque le régime du moteur 1 est en-dessous d'un seuil prédéterminé, le système d'admission variable commande l'ouverture des premières soupapes d'admission 3 et s'abstient d'ouvrir les deuxièmes soupapes d'admission 4. Le flux des gaz d'admission en provenance du deuxième compresseur 12 est interrompu, puisque toutes les deuxièmes soupapes d'admission 4 de chacun des six cylindres sont fermées tant que le régime du moteur 1 n'a pas atteint le seuil prédéterminé.
Parallèlement, la vanne de turbine 28 est fermée et interrompt le flux des gaz d'admission traversant la deuxième turbine 11. La totalité de l'air traversant le filtre à air 13 est comprimé par le premier compresseur 9 puisque les deuxièmes soupapes d'admission 4 empêchent l'air de traverser le deuxième compresseur 12.
Ainsi, lorsque le moteur 1 est à bas régime, la quasi-totalité des gaz d'échappement issus de chacun des six cylindres 2 est conduite à traverser la première turbine 8, une partie étant toutefois prélevée par la dérivation EGR 25 en vue de leur recyclage partiel. Le fait que les gaz d'échappement ne soient pas partagés entre la première turbine 8 et la deuxième turbine 11 permet à la turbine 8 de prélever de l'énergie cinétique de la quasi-totalité des gaz d'échappement. Le turbocompresseur 7 fonctionne avec une vitesse de turbine plus élevée que si les deux turbocompresseurs 7 et 10 se partageraient en parallèle les gaz d'échappement, ce qui permet d'utiliser le turbo-compresseur 7 en dehors de la plage où le rendement énergétique est dégradé.
Dans une configuration de régime élevé, lorsque le régime du moteur 1 dépasse le seuil de régime prédéterminé, le système de distribution d'admission variable commande l'ouverture des premières et deuxièmes soupapes d'admission 3 et 4. De même, la vanne de turbine 28 est ouverte. Les gaz d'échappement se partagent entre la première turbine 8 et la deuxième turbine 11 avant de rejoindre le conduit commun d'échappement 29. Le moteur 1 étant à régime élevé, l'énergie cinétique des gaz d'échappement est suffisante pour imprimer simultanément aux deux turbocompresseurs 7 et 10 une vitesse de fonctionnement où le rendement énergétique des turbocompresseurs est optimisé.
Lorsque la position du vilebrequin du moteur 1 est telle qu'un cylindre 2 arrive en fin de phase d'admission et s'apprête à entrer dans une phase de compression des gaz, le système d'admission variable permet d'anticiper la fermeture des soupapes d'admission 3, 4 de manière à éviter le refoulement des gaz d'admission dans un conduit distributeur. L'effet de la distribution variable permet d'augmenter la quantité de gaz enfermée à l'intérieur de chaque cylindre et ainsi d'augmenter la quantité de gaz d'échappement et donc d'augmenter le taux de compression de la suralimentation. Ainsi, lorsque la distribution variable est combinée avec un moteur à turbo-compresseur, l'amélioration du couple moteur pour une cylindrée donnée est supérieure à la somme des améliorations qu'apporteraient isolément la distribution variable et la suralimentation séquentielle. L'effet de la distribution d'admission variable vient augmenter l'effet de la suralimentation en plus de l'effet de réduction du refoulement.
Cet effet a lieu tant dans la configuration à bas régime que dans la configuration à haut régime de sorte que l'effet du système de distribution variable amplifie encore l'avantage de la suralimentation séquentielle.
Le système de distribution variable apporte encore un autre avantage au système de suralimentation séquentielle par le fait d'accentuer la différence d'admission des gaz entre la configuration à bas régime du moteur 1 et celle à régime élevé. A régime élevé, l'admission est facilitée par une section d'admission comprenant deux soupapes d'admission 3, 4 alors qu'à bas régime, la section d'admission est réduite à la section de la première soupape d'admission 3.
Lors de la transition entre la configuration bas régime, et la configuration à régime élevé, lorsque le régime moteur atteint le seuil prédéterminé, le système de distribution d'admission variable permet d'éviter le phénomène de pompage du deuxième turbocompresseur 10.
Les deuxièmes soupapes d'admission 4 commencent à être actionnées avant que la vanne de turbine 28 ne soit ouverte. Ainsi, l'air issu du filtre à air 13 et du deuxième conduit d'air libre 17 traverse le compresseur 12 sans que celui-ci ne comprime l'air et arrive au deuxième conduit distributeur 21. La deuxième soupape d'admission 4 est refermée dès lors que la pression d'admission des gaz issus des premières soupapes d'admission 3 atteint la pression de ceux issus des deuxièmes soupapes d'admission 4 de manière à ce que les gaz ne puissent pas remonter du premier compresseur 9 vers le deuxième compresseur 12. Cette petite quantité d'air traversant le compresseur 12 permet que le turbocompresseur 10 ne rentre pas en pompage lorsque la vanne de turbine 28 est ouverte.
Un tel dispositif de suralimentation séquentielle comporte un moyen d'interruption du flux des gaz d'admission dont la fiabilité est bien maîtrisée et ne nécessite pas de vanne de compresseur ni de vanne de ventilation. La fiabilité d'ensemble est donc améliorée.
Le fait de pouvoir anticiper la fermeture des soupapes d'admission 3, 4 en fin de cycle d'admission permet d'augmenter la quantité de gaz brûlés sans augmenter pour autant la pression des gaz d'admission. Cela a comme effet d'augmenter la quantité de gaz récupérés par la dérivation EGR 25, améliore la proportion de gaz régénérés, et diminue globalement la quantité d'oxydes d'azote qui s'échappent par le conduit commun d'échappement 29.
On va maintenant décrire à l'aide de la figure 2 un deuxième mode de réalisation dans lequel les éléments du premier mode ayant la même fonction sont désignés par les mêmes références. Dans ce deuxième mode de réalisation, le mécanisme d'admission n'est plus séparé en deux conduits distributeurs 19 et 21 et deux refroidisseurs d'air 14 et 15 indépendants mais comprend à la place un conduit distributeur commun 35 et un refroidisseur d'air commun 36. Inversement, le collecteur commun d'échappement 22 est remplacé par un premier collecteur d'échappement 37 récupérant les gaz d'échappement de chacune des premières soupapes d'échappement 5 et par un deuxième collecteur d'échappement 38 récupérant les gaz d'échappement issus des deuxièmes soupapes d'échappement 6 de chacun des six cylindres 2. Le premier collecteur d'échappement 37 est raccordé à la première turbine 8 par la première dérivation d'échappement 23, une partie des gaz d'échappement est prélevée par la dérivation EGR 25 dans le premier collecteur d'échappement 37.
Les gaz d'échappement collectés par le deuxième collecteur d'échappement 38 rejoignent la deuxième turbine 11 à travers la deuxième dérivation d'échappement 24. Une vanne de compresseur 39 est insérée sur le deuxième conduit d'air comprimé 20, en aval du deuxième compresseur 12. Une vanne de ventilation 40 est insérée sur une branche raccordée immédiatement en amont et en aval du compresseur 12.
Un système de distribution d'échappement variable, non représenté sur la figure commande individuellement chacune des premières soupapes d'admission 5 et des deuxièmes soupapes d'admission 6 en fonction de la position du vilebrequin du moteur 1 et en fonction du régime moteur ou d'autres paramètres tels que la température du moteur et/ou des gaz d'échappement.
En configuration bas régime, lorsque le régime du moteur 1 est inférieur à un seuil prédéterminé, le système de distribution d'échappement variable maintient fermées les deuxièmes soupapes d'admission 6 de chacun des six cylindres 2. Ainsi, la totalité des gaz d'échappement est conduite vers la première turbine 8. Comme il n'y a pas de lien entre le premier collecteur d'échappement 37 et le deuxième collecteur d'échappement 38, la deuxième turbine 11 n'est alimentée par aucun gaz d'échappement. En revanche, le premier conduit d'air comprimé 18 communique avec le deuxième conduit d'air comprimé 20. La vanne de compresseur 39 est fermée de manière que l'air comprimé issu du premier compresseur 9 ne puisse pas remonter à travers le deuxième conduit d'air comprimé 20 vers le deuxième compresseur 12.
En configuration de régime élevé, lorsque le régime du moteur 1 est audessus du seuil prédéterminé, le système de distribution variable d'échappement commande l'ouverture et la fermeture des premières soupapes d'échappement 5 ainsi que l'ouverture et la fermeture des deuxièmes soupapes d'échappement 6. De même, la vanne de compresseur 39 est ouverte. Ainsi les gaz d'échappement de chaque cylindre 2 sont partagés dès l'intérieur du cylindre 2 entre la première soupape d'admission 5 et la deuxième soupape d'admission 6 de sorte que deux flux parallèles alimentent la première turbine 8 et la deuxième turbine 11. Les deuxcompresseurs 9 et 12 sont actionnés en parallèle par les deux turbines 8 et 11 et compriment tous les deux l'air qui rejoint le refroidisseur d'air commun 36 et le conduit distributeur commun 35. Le système de distribution d'admission peut être traditionnel utilisant par exemple des arbres à came ou être également un système de distribution variable, chacune des soupapes pouvant être commandée par des systèmes électromagnétiques ou pneumatiques.
Le système de distribution d'échappement variable pouvant commander individuellement chacun des premières et deuxièmes soupapes, un léger décalage temporel entre l'ouverture de la première soupape d'échappement 5 et celle de la deuxième soupape d'échappement 6 permet d'étaler dans le temps la surpression du début de la phase d'échappement. Certaines premières soupapes d'échappement 5 sont d'abord ouvertes, d'autres premières soupapes d'échappement 5 étant ouvertes ensuite. Chacune des deux turbines 8, 11 reçoit une partie seulement des pics de pression de sorte que l'effet de bouffée moyenne sur chacune des deux turbines 8 et 11 est atténué.
Cela permet de moins solliciter mécaniquement les turbines 8 et 11 et de réduire le bruit du moteur 1.
Il y a un autre avantage à combiner une distribution variable d'échappement avec une suralimentation séquentielle. Le fait de passer d'une soupape d'échappement 5 à deux soupapes d'échappement 5, 6 permet d'accentuer le comportement des configurations bas régime et régime élevé. Avec une seule soupape d'échappement 5 à bas régime la section est plus faible, et les gaz d'échappement sont accélérés. Avec deux soupapes d'échappement 5, 6 à régime élevé, la section est augmentée, ce qui réduit la déperdition d'énergie cinétique des gaz d'échappement et utilise au mieux les deux turbines 8 et 11.
Dans la phase de transition, lorsque le moteur atteint le seuil prédéterminé, la vanne de ventilation 40 est ouverte avant que la vanne de compresseur 39 ne s'ouvre. Ainsi, lorsque le système de distribution variable d'échappement commence à ouvrir les soupapes d'échappement 6, et que la deuxième turbine 11 commence à entraîner le deuxième compresseur 12, l'air comprimé par le deuxième compresseur 12 rejoint directement l'entrée du deuxième compresseur 12 sans devoir vaincre la pression du compresseur 9. Au cours de la montée en vitesse de la turbine 11, la section de la vanne de ventilation 40 est progressivement réduite au fur et à mesure que le débit d'air traversant le compresseur 12 monte en pression et ce jusqu'à ce que la pression d'air générée par le compresseur 12 soit compatible avec la mise en parallèle des compresseurs 9 et 12. La vanne de compresseur 39 est alors ouverte et la vanne de ventilation 40, fermée. Dans ce deuxième mode de réalisation, le moyen d'interruption du flux des gaz d'échappement est réalisé à l'intérieur du cylindre par le système de commande des soupapes dont la fiabilité est bien maîtrisée.
On va maintenant décrire à l'aide de la figure 3 un troisième mode de réalisation. Ce troisième mode de réalisation comprend des moyens d'interruption du flux des gaz d'admission et un mécanisme d'admission emprunté au premier mode de réalisation. Ce mode de réalisation comprend également un moyen d'interruption du flux des gaz d'échappement ainsi qu'un mécanisme d'échappement emprunté au deuxième mode de réalisation. Les éléments communs à l'un ou à l'autre mode sont représentés sur la figure par les mêmes références.
Chaque cylindre 2 comprend deux soupapes d'admission 3 et 4,. Le dispositif comprend deux circuits distributeur 19 et 21 qui conduisent deux flux de gaz d'admission issus des deux compresseurs 9 et 12 et de deux refroidisseur 14 et 15, lesquels flux ne se rejoignent qu'à l'intérieur du cylindre 2. Les deux soupapes d'admissions 3, 4 empêchent que le flux issu d'un des compresseurs 9, 12 ne puisse remonter vers l'autre compresseur 12, 9. Les gaz d'échappement de chaque cylindre sont séparés en deux flux indépendants par une première soupape d'échappement 5 et une deuxième soupape d'échappement 6. Un premier collecteur d'échappement 37 collecte les gaz de chacune des premières soupapes d'échappement 6 de chaque cylindre 2 et les conduit vers la première turbine 8. Un deuxième collecteur d'échappement 38 collecte les gaz de chacune des deuxièmes soupapes d'échappement 6 de chaque cylindre 2 et les conduit vers la deuxième turbine 11. Une dérivation EGR 25 relie le premier collecteur d'échappement 37 au premier conduit distributeur et comprend une vanne EGR 33 et un refroidisseur EGR 34.
Ce mode de réalisation cumule les avantages des deux modes précédents, de sorte que la suralimentation séquentielle ne nécessite l'adjonction d'aucune vanne et que l'ensemble des moyens d'interruption des gaz est réalisé par le système de distribution variable d'échappement et d'admission.
Claims (5)
19 REVENDICATIONS
1 Dispositif de suralimentation séquentielle pour moteur (1) à combustion interne de véhicule automobile comprenant une pluralité de cylindres (2) équipés de soupapes (3, 4, 5, 6), deux turbo- compresseurs (7, 10), l'un (7) comprenant une première turbine (8) et un premier compresseur (9) couplés, l'autre (10) comprenant une deuxième turbine (11) et un deuxième compresseur (12) couplés; des moyens d'interruption du flux des gaz d'échappement traversant la deuxième turbine (11) et des moyens d'interruption du flux des gaz d'admission traversant le deuxième compresseur (12), caractérisé par le fait qu'il comprend un mécanisme d'admission comprenant l'ensemble des soupapes d'admission (3, 4) de chaque cylindre (2) et un mécanisme d'échappement comprenant l'ensemble des soupapes d'échappement (5, 6) de chaque cylindre (2), au moins un des mécanismes d'admission et/ou d'échappement présentant au moins une première (3, 5)et une deuxième (4, 6) soupapes par cylindre (2), un système de distribution des gaz, variable en fonction du régime moteur, commandant au moins ladite deuxième soupape (4, 6) de chaque cylindre, de manière dissociée de l'actionnement de la première soupape (3, 5).
2 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme d'admission comprend pour chaque cylindre (2), au moins une première soupape d'admission (3) et au moins une deuxième soupape d'admission (4), où un premier conduit distributeur (19) relie le premier compresseur (9) à chacune des premières soupapes d'admission (3) et où un deuxième conduit distributeur (21) relie le deuxième compresseur (12) à chacune des deuxièmes soupapes d'admission (4), les deuxièmes soupapes d'admission (4) étant commandées par un système de distribution d'admission variable.
3 Dispositif selon la revendication 2, comprenant deux refroidisseurs d'air (14, 15) de suralimentation raccordés l'un (14) au premier conduit distributeur (19), l'autre (15) au deuxième conduit distributeur (21).
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un collecteur commun d'échappement (22) relié à l'ensemble des soupapes d'échappement (5, 6) et deux dérivations (23, 24) parallèles, l'une (23) reliée à la première turbine (8), l'autre (24) reliée à la deuxième turbine (11), une vanne de turbine (28) étant insérée immédiatement en amont ou en aval de la deuxième turbine (11).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le mécanisme d'échappement comprend pour chaque cylindre (2), au moins une première soupape d'échappement (5) et au moins une deuxième soupape d'échappement (6), où un premier collecteur d'échappement (37) relie l'ensemble des premières soupapes d'échappement (5) à la première turbine (8) et où un deuxième collecteur d'échappement (38) relie l'ensemble des deuxièmes soupapes d'échappement (6) à la deuxième turbine (11), les deuxièmes soupapes d'échappement (16) étant commandées par un système de distribution d'échappement variable.
6 - Dispositif selon la revendication 5, comprenant un conduit distributeur commun (35) relié à l'ensemble des soupapes d'admission (3, 4), un refroidisseur d'air d'admission commun (36), ainsi qu'un premier et un deuxième conduits d'air comprimé (18, 20) parallèles, et dans lequel le premier conduit d'air comprimé (18) est relié au premier compresseur (9), où le deuxième conduit d'air comprimé (20) est relié au deuxième compresseur (12) et est muni d'une vanne de compresseur (39), et où une vanne de ventilation (40) raccorde l'amont et l'aval du deuxième compresseur (12).
7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une dérivation EGR 25 entre une partie d'un collecteur d'échappement (22, 37) relié à la première turbine (8) et une partie d'un conduit distributeur (19, 35) relié au premier compresseur (9) , en vue du recyclage partiel des gaz d'échappement, et comprenant une vanne EGR (33) et un refroidisseur EGR (34).
8 -- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, équipé, en aval d'au moins une turbine (8, 11), d'un filtre à particule (31) et/ou un pot catalytique (30).
9 Procédé de suralimentation séquentielle pour moteur (1) à combustion interne de véhicule automobile comportant au moins un cylindre (2), au cours duquel on partage dans ledit cylindre (2), les gaz d'admission et/ou les gaz d'échappement dudit cylindre, en deux flux, l'un vers un premier turbo-compresseur (7), l'autre vers un deuxième turbo-compresseur (10), et au cours duquel on interrompt, dans ledit cylindre (2), le flux à destination du deuxième turbo-compresseur (10) lorsque le régime moteur est inférieur à un seuil.
10- Procédé selon la revendication 9, où chacun des cylindres (2) du moteur (1) est muni d'une première (3) et d'une deuxième (4) soupape d'admission, procédé au cours duquel, ledit partage des gaz d'admission consiste à distribuer séparément les gaz arrivant aux premières soupapes (3) et ceux arrivant aux deuxièmes soupapes d'admission (4), et au cours duquel ladite interruption du flux des gaz d'admission se fait en fermant lesdites deuxièmes soupapes d'admission (4).
11- Procédé selon la revendication 9 ou 10, où chacun des cylindres (2) du moteur (1) est muni d'une première (5) et d'une deuxième (6) soupape d'échappement, procédé au cours duquel, ledit partage des gaz d'échappement consiste à collecter séparément les gaz issus des premières soupapes d'échappement (5) et ceux issus des deuxièmes soupapes d'échappement (6), et au cours duquel ladite interruption du flux des gaz d'échappement se fait en fermant les deuxièmes soupapes d'échappement (6).
12- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, au cours duquel on recycle une partie des gaz d'échappement alimentant la turbine (8) du premier turbo compresseur (7).
13- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, au cours duquel on refroidit séparément les gaz de suralimentation issus des compresseurs (9, 12) du premier (7) et du deuxième (10) turbo-compresseur.
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