FR2891015A1 - Moteur comportant un dispositif acoustique actif - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un moteur comportant une chambre de combustion (1) et un circuit (4) de retour apte à permettre le retour d'au moins une partie de gaz issus de la combustion vers une entrée (2) de ladite chambre (1), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif acoustique (6) commandable par des moyens de commande (60), le dispositif étant situé dans le circuit (4) de retour.L'invention concerne également un procédé de circulation des gaz dans un tel moteur.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne un moteur comportant une chambre 5 de combustion et un circuit de retour d'au moins une partie de gaz issus de la combustion vers une entrée de ladite chambre.
ETAT DE L'ART Le nombre de véhicules utilisant des moteurs à explosion polluant l'atmosphère par le rejet de gaz d'échappement augmente sans cesse.
II existe maintenant des objectifs de dépollution des gaz d'échappement pour une meilleure protection de l'environnement. Les constructeurs automobiles doivent s'y conformer.
Les gaz d'échappement sont issus de la combustion effectuée dans la chambre de combustion du moteur.
Une des solutions actuellement retenue pour atteindre les objectifs en dépollution des gaz consiste à réintroduire au moins une partie des gaz d'échappement vers une entrée de la chambre de combustion, via un circuit de retour. Les gaz d'échappement sont ainsi brûlés au moins une seconde fois, ce qui permet de réduire leur taux de particules polluantes. Les gaz d'échappement ainsi réintroduits permettent de diminuer la température de combustion et donc les émissions de NON.
La technique permettant le retour d'au moins une partie des gaz issus de la combustion vers une entrée de la chambre de combustion du moteur s'appelle la technique de recirculation des gaz d'échappement - ou EGR (Exhaust Gas Recirculation) selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier.
La figure 1 montre schématiquement un moteur à explosion connu, comportant une chambre de combustion 1 située entre d'une part un circuit d'admission d'air 2 et d'autre part un circuit d'échappement des gaz.
Le circuit 2 communique avec au moins une entrée de la chambre 1 de combustion. Le circuit 3 communique avec au moins une sortie de la chambre de combustion.
Sur la figure 1, les entrées de la chambre de combustion sont référencées par 21, 22, 23 et 24, et les sorties de la chambre de combustion sont référencées par 31, 32, 33 et 34. Un collecteur d'entrée 20 matérialise la liaison entre le circuit 2 et les entrées 21, 22, 23 et 24. Un collecteur de sortie 30 matérialise la liaison entre le circuit 3 et les entrées 31, 32, 33 et 34.
La chambre 1 de combustion comporte quatre cylindres, référencés par 11, 12, 13 et 14. La chambre de combustion représentée sur la figure 1 correspond donc à un moteur à quatre temps.
Le moteur comporte de plus un circuit 4 de retour des gaz issus de la chambre de combustion vers une entrée de la chambre. Le moteur comporte un diffuseur 240, situé à la jonction entre le circuit d'admission 2 et le circuit de retour 4. Il comporte également une amenée 340 située à la jonction entre le circuit d'échappement 3 et le circuit de retour 4.
Une vanne (non représentée) est située dans le circuit 4 à proximité du diffuseur 240 ou de l'amenée 340. Elle permet de réguler un taux EGR, en régulant le débit de gaz dans le circuit 4. On définit le taux EGR z par le rapport: débit dans le circuit EGR débit _ dans _le _ circuit _EGR + débit _ air _ frais _dans _le _ circuit _ d' admission 20 On fait varier ti en fonction des régimes de fonctionnement du moteur.
On assiste par ailleurs aujourd'hui au développement de moteurs utilisant des combustions non conventionnelles, comme la technique HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) par exemple. On assiste également au développement de moteurs utilisant la stratégie FAP (Filtre à Particules). De fort taux EGR sont indispensables pour ces moteurs. L'ordre de grandeur des taux nécessaires est de 50 à 60%.
De façon globale, le débit EGR est dirigé d'une sortie de la chambre 30 de combustion vers une entrée de la chambre de combustion. Le sens normal de débit EGR est représenté par les flèches 41 sur la figure 1. z=
Cependant, à certains instants le débit EGR peut être dirigé de l'entrée de la chambre de combustion vers la sortie de la chambre de combustion, à savoir dans le sens inverse de la flèche 41.
L'explication est la suivante.
La figure 2 représente schématiquement la pression d'admission instantanée Pa(t) dans le collecteur 20. Les variations de la pression d'admission Pa dans le collecteur 20 proviennent des mouvements des pistons dans les cylindres 11, 12, 13 et 14. La pression Pa dans le collecteur 20 varie sensiblement entre 1.2 et 1.5 bar.
La figure 3 représente schématiquement la pression d'échappement instantanée Pe(t) dans le collecteur 30. Les variations de la pression d'échappement Pe dans le collecteur 30 proviennent des mouvements des pistons dans les cylindres 11, 12, 13 et 14. La pression Pe dans le collecteur 30 varie sensiblement entre 1.2 et 2 bar.
On constate un certain déphasage entre les courbes Pa(t) et Pe(t). Ainsi, à l'instant t1, le sommet Pa(tl) de la courbe Pa(t) ne correspond pas au sommet Pe(t2) de la courbe Pe(t).
Ainsi, à l'instant t1, la pression Pa dans le collecteur 20 est supérieure à la pression Pe dans le collecteur 30. Il y a alors inversion du débit EGR. A l'instant t1 le débit est dans le sens opposé à la flèche 41.
On comprend que l'inversion instantanée a une influence négative sur les valeurs des taux EGR. Le taux EGR peut être, à certains instants, inférieur aux valeurs requises. Une telle baisse du taux EGR peut conduire à une rapide dérive des émissions polluantes et à des opérations techniques spéciales effectuées par le véhicule. Les opérations techniques spéciales peuvent par exemple être un blocage de la vanne. En effet, on cherche à atteindre des taux EGR de plus en plus élevés, et cette inversion de débit dégrade le potentiel maximum d'EGR.
De plus, l'inversion instantanée du débit EGR provoque un problème d'encrassement, notamment au niveau de la vanne à proximité du diffuseur 240 ou de l'amenée 340. L'encrassement est dû au dépôt d'un amalgame, sur la vanne ou des trous de réintroduction (non représentés) des gaz EGR dans le circuit d'admission d'air.
On explique ici la formation de l'amalgame.
La pression du gaz dans le haut des cylindres 11, 12, 13 et 14 de la chambre de combustion 1 est très forte en phase de combustion. Or, les segments présents sur les cylindres ne sont pas étanches. Il y a ainsi une circulation de gaz sous haute pression le long de la chemise des cylindres. Les gaz se retrouvent ainsi en partie basse des cylindres. On les appelle les gaz de fuite, ou gaz de blow-by en anglais. Les gaz de blow-by présents dans la partie basse des cylindres sont ensuite réintroduits en amont du compresseur d'admission d'air, par l'intermédiaire d'un circuit.
Cependant, les gaz de blow-by sont chargés de gouttelettes d'huile, car de l'huile est présente dans le bas carter du moteur. Les gouttelettes d'huile peuvent se déposer sur des parois d'un circuit du moteur. D'autre part, les gaz EGR transportent des particules de carbone.
Ainsi, lors d'une inversion du débit EGR, des gaz de blow-by entrent dans le circuit de retour 4 par le circuit d'admission 2. Des gouttelettes d'huile se déposent, par exemple au niveau de la vanne, et se combinent avec les particules de carbone des gaz EGR pour former un amalgame. L'amalgame se présente sous la forme d'une pâte qui encrasse la vanne et les trous de réintroduction des gaz EGR dans le circuit d'admission d'air.
L'encrassement de la vanne peut conduire à une rapide dérive des émissions polluantes, et à des opérations techniques spéciales par le véhicule.
La figure 4 représente schématiquement une solution possible pour empêcher un débit négatif dans le circuit 4 de retour, à savoir un débit dirigé 25 dans le sens opposé aux flèches 41.
Le moteur comporte ainsi dans le circuit 4 un volet de coupure 5 formant clapet anti-retour.
Le clapet 5 est passant lorsque le débit est dans le sens de la flèche 41. Il est bloqué lorsque la pression dans le circuit d'admission 2 est plus forte que la pression dans le circuit d'échappement 3. Ainsi, le clapet 5 se ferme pour empêcher une circulation des gaz dans le circuit de retour 4 dans un sens opposé à la flèche 41.
2891015 5 Le moteur de la figure 4 présente cependant des inconvénients. Il n'évite pas le risque d'encrassement, voire y est favorable. II y a en effet création d'un vortex au niveau du volet de coupure 5 permettant l'encrassement au niveau dudit volet.
PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients précités.
A cet effet, on propose selon l'invention un moteur comportant une chambre de combustion et un circuit de retour apte à permettre le retour d'au moins une partie de gaz issus de la combustion vers une entrée de ladite chambre, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif acoustique commandable par des moyens de commande, le dispositif étant situé dans le circuit de retour.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 15 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible: - les moyens de commande sont aptes à commander le dispositif de sorte que le débit des gaz dans le circuit de retour soit à chaque instant dirigé d'une sortie de la chambre vers une entrée de la chambre; - les moyens de commande sont aptes à commander le dispositif de sorte que le débit des gaz dans le circuit de retour soit nul, le circuit et le volet formant alors un résonateur de Helmoltz; - le dispositif acoustique actif est un volet rotatif; - les moyens de commande sont aptes à commander la vitesse de rotation 25 du volet rotatif ou la fermeture dudit volet en fonction de régimes de la chambre de combustion.
L'invention concerne également un procédé de commande d'un moteur selon l'invention.
L'invention présente de nombreux avantages.
L'invention permet de limiter l'encrassement au niveau de la vanne de régulation EGR et au niveau des trous de réintroduction des gaz EGR dans le circuit d'admission d'air.
L'invention permet de garder de forts taux EGR dans les zones de fonctionnement où le taux est restreint par la différence de pression entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission d'air.
De plus, l'invention permet d'augmenter les performances du moteur 5 en pleine charge, c'est à dire lorsque le débit d'EGR est nul.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà commentée, représente schématiquement une vue d'un moteur à explosion connu comportant une chambre de combustion et un circuit de retour d'au moins une partie de gaz issus de la combustion vers une entrée de la chambre; - les figures 2 et 3, déjà commentées, représentent les ondes de 15 pression d'admission et d'échappement respectivement au niveau d'un collecteur d'admission et d'un collecteur d'échappement; - la figure 4, déjà commentée, représente schématiquement un moteur à explosion connu comportant un clapet anti-retour dans le circuit de retour des gaz EGR; - la figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation possible d'un moteur à explosion selon l'invention.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation possible d'un moteur à explosion selon l'invention.
Le moteur selon l'invention comporte une chambre à explosion 1 comportant quatre cylindres référencés par 11, 12, 13 et 14.
Dans la suite de la présente description, on fait référence à ce moteur à explosion comportant quatre cylindres, mais on comprend que la présente invention s'applique à n'importe quel type de moteur à explosion.
La chambre de combustion 1 est reliée d'une part en entrée à un collecteur d'admission 1, relié lui-même à un circuit d'admission d'air 2. La chambre de combustion 1 est d'autre part reliée à un circuit d'échappement 3 par un collecteur 30. Ainsi, l'air arrive dans la chambre 1 de combustion par le circuit d'admission d'air 2, puis par le collecteur 20. Les explosions s'effectuent alors dans les différents cylindres de la chambre de combustion et les gaz d'échappement passent dans le circuit d'échappement 3 par l'intermédiaire du collecteur 30.
Au moins une partie des gaz issus de la combustion peut effectuer un retour dans le sens 41 par un circuit 4 de retour EGR.
Le moteur comporte un diffuseur 240, situé à la jonction entre le circuit d'admission 2 et le circuit de retour 4. II comporte également une amenée 340 située à la jonction entre le circuit d'échappement 3 et le circuit de retour 4.
Le moteur comporte un dispositif acoustique actif 6 situé dans le circuit 4 de retour.
La réflexion des ondes d'admission et d'échappement du moteur sur le dispositif 6 provoque un déphasage entre les ondes d'admission et d'échappement. Le déphasage permet d'éliminer la phase pendant laquelle l'air est susceptible de rentrer dans le circuit EGR par le diffuseur 240 entre le circuit d'admission 2 et le circuit de retour 4. Autrement dit, à chaque instant, le débit EGR est dirigé dans le sens de la flèche 41.
De plus, le dispositif 6 actif permet d'éviter la formation d'un vortex au niveau du diffuseur 240, du dispositif 6 ou de l'amenée 340. Le dispositif 6 évite ainsi l'encrassement qui se produit dans l'art antérieur.
Des moyens de commande 60 sont aptes à commander le dispositif 25 6 actif pour permettre la réflexion des ondes.
De plus, le déphasage des ondes de pression dans le moteur peut être, grâce aux moyens de commande 60, accordé avec les ondes d'admission dans le circuit 2. Un tel accord peut conduire à un surplus de débit EGR, ce qui est recherché aux combustions de type non conventionnelles ou à la stratégie FAP.
Enfin, les moyens de commande 60 sont aptes à commander le dispositif 6 pour bloquer le débit EGR dans le circuit de retour. La situation où le débit EGR est nul se produit en pleine charge, c'est à dire lorsque un conducteur du véhicule a le pied au plancher lorsqu'il appuie sur la pédale d'accélération.
Dans cette disposition, on peut concevoir la position du dispositif 6 dans le circuit 4 de sorte que le dispositif 6 actif, la vanne en position fermée (vanne mentionnée en page 2 ligne 15 mais non représentée sur les figures) et le circuit 4 de retour forment un résonateur de Helmoltz, connu de l'homme du métier.
Lorsque le dispositif 6 est placé du côté admission (à savoir à proximité du diffuseur 240), le résonateur de Helmoltz permet de mieux vidanger les cylindres 11, 12, 13 et 14 de la chambre de combustion vers l'échappement. Lorsque le dispositif 6 est placé du côté échappement (à savoir à proximité de l'amenée 340), le résonateur de Helmoltz permet de mieux remplir en air les cylindres de la chambre de combustion.
De façon préférentielle, le dispositif acoustique actif est un volet rotatif. Les moyens de commande 60 commandent ainsi la vitesse de rotation du volet rotatif ou la fermeture dudit volet 6 en fonction de régimes de la chambre de combustion. La vitesse de rotation du volet permet de réguler la réflexion des ondes de pression, d'augmenter le taux EGR et de former, le cas échéant, un résonateur de Helmoltz en combinaison avec le circuit 4.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Moteur comportant une chambre de combustion (1) et un circuit (4) de retour apte à permettre le retour d'au moins une partie de gaz issus de la combustion vers une entrée (2) de ladite chambre (1), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif acoustique (6) commandable par des moyens de commande (60), le dispositif étant situé dans le circuit (4) de retour.
2. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de commande (60) sont aptes à commander le dispositif (6) de sorte que le débit des gaz dans le circuit (4) de retour soit à chaque instant dirigé d'une sortie de la chambre (1) vers une entrée de la chambre.
3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le 15 dispositif (6) acoustique est un volet (6) rotatif.
4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel les moyens de commande (60) sont aptes à commander le dispositif (6) de sorte que le débit des gaz dans le circuit (4) de retour soit nul, le circuit et le volet formant alors un résonateur de Helmholtz.
5. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de commande (60) sont aptes à commander la vitesse de rotation du volet (6) rotatif ou la fermeture dudit volet (6) en fonction de régimes de la chambre de combustion.
6. Procédé de commande d'un moteur comportant une chambre de combustion (1), un circuit (4) de retour d'au moins une partie de gaz issus de la combustion vers une entrée (2) de ladite chambre (1) et un dispositif acoustique (6) commandable par des moyens de commande (60), le dispositif étant situé dans le circuit (4) de retour, caractérisé en ce qu'on commande le dispositif acoustique de sorte que le débit dans le circuit (4) de retour soit nul ou soit à chaque instant dirigé d'une sortie de la chambre (1) vers une entrée de la chambre.
7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on place le dispositif dans le circuit (4) de retour de telle sorte qu'un ensemble formé du dispositif et du circuit forme un résonateur de Helmholtz lorsque le débit dans le circuit est nul.
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on place le 10 dispositif acoustique à proximité de la jonction du circuit (4) de retour avec une entrée (2) ou une sortie (3) de la chambre (1).
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