FR2900198A1 - Moteur pour vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

Moteur (1) pour un véhicule automobile comportant :- un collecteur d'admission (9),- un collecteur d'échappement (2),- un turbocompresseur (T) composé d'une turbine (4) liée, par un axe (5), à un compresseur (6),- un conduit d'admission (7) reliant la sortie du compresseur (6) au collecteur d'admission (9),- un conduit d'échappement (3) reliant le collecteur d'échappement (2) à l'entrée de la turbine (4) du turbocompresseur (T),- un conduit de by-pass (11) reliant le conduit d'admission (7) au conduit d'échappement (3),caractérisé en ce que ledit conduit de by-pass (11) est équipé d'un éjecteur (12) comportant un conduit d'éjection (13) dont une extrémité (131) est apte à être engagée dans le conduit d'échappement (3).

Description

Moteur pour véhicule automobile
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs pour véhicules 5 automobiles, et concerne plus particulièrement les moteurs équipés de turbocompresseurs.
Ces turbocompresseurs sont classiquement constitués d'une turbine, dont l'entrée est reliée à l'échappement du moteur, et d'un compresseur, dont la 10 sortie est reliée à l'admission dudit moteur. La turbine et le compresseur sont reliés par un axe commun, et l'énergie des gaz issus de la combustion dans le moteur permet d'entraîner la turbine, qui entraîne à son tour le compresseur : celui-ci fournit alors au moteur un débit d'air plus important, augmentant le couple et la puissance maximale. 15 Toutefois, pour les bas régimes du moteur, l'énergie récupérable par la turbine est plus faible, et il s'en suit une diminution des performances du système. Par ailleurs, les objectifs de performance et les exigences réglementaires en terme de consommation rendent plus difficile la réalisation de turbocompresseurs dont la plage de fonctionnement soit assez large pour obtenir un couple 20 important à bas régime du moteur, tout en conservant une puissance maximale élevée dudit moteur. La présente invention concerne en particulier un dispositif permettant d'améliorer les performances d'un turbocompresseur pour les bas régimes du moteur et pour les régimes transitoires de celui-ci, en augmentant le débit 25 gazeux traversant la turbine du turbocompresseur.
Il est connu, par exemple par le document US5431013, d'utiliser la différence de pression engendrée par l'écoulement d'un gaz chaud pour aspirer de l'air frais et le mélanger audit gaz chaud, afin de réaliser un silencieux pour 30 l'échappement du moteur d'un véhicule automobile. Les gaz chauds issus de la combustion dans le moteur du véhicule subissent ici deux détentes successives, puis sont injectés sensiblement à la périphérie d'un premier conduit dans lequel est placé, sensiblement coaxialement, un second conduit dont une extrémité 30 est reliée à une arrivée d'air frais : le mouvement des gaz chauds à la périphérie du premier conduit entraîne alors une aspiration d'air frais par le second conduit. Les gaz issus de la combustion sont mélangés audit air frais, puis acheminés vers une zone de traitement afin d'en éliminer les éléments polluants, et, enfin, rejetés à l'atmosphère. Un tel système permet, en particulier, d'injecter un second gaz dans un premier gaz, notamment lorsque la pression du premier gaz est supérieure à celle du second gaz. Il est toutefois d'une réalisation mécanique relativement complexe, en particulier en raison de la mise en oeuvre des détentes successives qu'il implique. Il n'est, de plus, ici, pas régul abl e.
Il est également connu, par exemple par le document GB2121474, d'injecter, à l'entrée de la turbine d'un turbocompresseur, outre les gaz issus de la combustion interne dans le moteur, des gaz issus d'un réservoir annexe, par exemple alimenté par un compresseur annexe lui-même entraîné par le moteur. Selon différents modes de réalisation, le réservoir annexe peut également être alimenté par une dérivation réalisée sur le conduit reliant le compresseur du turbocompresseur à l'admission du moteur. Cette injection complémentaire permet de pallier les éventuelles baisses de performance du turbocompresseur, notamment pour les bas régimes du moteur. Une telle solution implique toutefois l'implantation d'au moins un réservoir supplémentaire, et, selon le mode de réalisation choisi, d'un compresseur supplémentaire : elle peut donc s'avérer délicate à mettre en oeuvre en raison de l'encombrement de ces différents éléments. Ble est, de plus, d'un coût relativement élevé du fait de l'ajout de ces éléments.
La présente invention a pour but principal de proposer un dispositif simple et peu coûteux permettant de moduler le débit traversant la turbine d'un turbocompresseur, dans toutes les phases de fonctionnement du moteur. L'invention atteint son but grâce à un moteur pour un véhicule automobile comportant : - un collecteur d'admission, un collecteur d'échappement, un turbocompresseur composé d'une turbine liée, par un axe, à un compresseur, un conduit d'admission reliant la sortie du compresseur au collecteur 5 d'admission, un conduit d'échappement reliant le collecteur d'échappement à l'entrée de la turbine du turbocompresseur, un conduit de by-pass reliant le conduit d'admission au conduit d'échappement, ~o caractérisé en ce que ledit conduit de by-pass est équipé d'un éjecteur comportant un conduit d'éjection dont une extrémité est apte à être engagée dans le conduit d'échappement. Avantageusement, l'éjecteur du moteur selon l'invention est mobile entre une position de travail, dans laquelle ladite extrémité du conduit d'éjection est 15 engagée coaxialement dans ledit conduit d'échappement, par coulissement du conduit d'éjection le long de son axe, et une position rétractée dans laquelle ladite extrémité est retirée dudit conduit d'échappement, par coulissement du conduit d'éjection le long de son axe. Avantageusement, un dispositif de pilotage permet à l'injecteur de prendre 20 toutes les positions intermédiaires entre sa position de travail et sa position rétractée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, une première ouverture. est ménagée sur la paroi du conduit d'éjection de l'éjecteur, permettant, lorsque l'éjecteur est dans sa position de travail, de mettre en communication, via le 25 conduit de by-pass, le conduit d'échappement avec le conduit d'admission, et une seconde ouverture est ménagée sur la paroi du conduit d'éjection de l'éjecteur, à l'opposé de la première ouverture, et permet, lorsque ledit éjecteur est dans sa position rétractée, de mettre en communication, via le conduit de by-pass, le conduit d'échappement avec un conduit EGR. 30 Avantageusement, lesdites première et seconde ouvertures sont décalées longitudinalement sur le conduit d'éjection.
L'invention se rapporte également à un procédé de pilotage d'un moteur selon les caractéristiques précédemment énoncées, incluant : - une étape d'augmentation du débit à l'entrée de la turbine du turbocompresseur comportant : une sous-étape de mise en place de l'éjecteur dans sa position de travail, une sous-étape de modulation, en fonction des besoins du moteur, du débit des gaz circulant dans le conduit d'échappement, par la modulation de la surface de mise en communication entre le conduit d'éjection et le conduit de by-pass via la première ouverture. - une étape de re-circulation d'une partie des gaz issus de la combustion dans ledit moteur, ladite étape de re-circulation comportant : une sous-étape de mise en place de l'éjecteur dans sa position rétractée, une sous-étape de régulation du débit de gaz mis en re-circulation, par la modulation de la surface de mise en communication entre le conduit d'éjection et le conduit EGR via la seconde ouverture.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue schématique d'ensemble du moteur à quatre cylindres d'un véhicule automobile, suralimenté par un étage unique de turbo-compression, et du dispositif selon l'invention, dans sa position de travail, la figure 2 est une vue détaillée du dispositif selon l'invention, dans sa position de travail, la figure 3 est une vue détaillée du dispositif selon l'invention, dans sa position rétractée, la figure 4 présente l'apport de l'invention sur les performances du 30 moteur, en régime de fonctionnement stabilisé, - la figure 5 présente l'apport de l'invention sur les performances du moteur, en régime transitoire.
Ainsi que le présente la figure 1 pour un moteur 1 à un étage de suralimentation d'un véhicule automobile, les gaz d'échappement GE (représentés par les flèches pleines sur les figures), issus de la combustion interne dans les cylindres C du moteur 1, sont collectés dans un collecteur d'échappement 2, puis acheminés, via un conduit d'échappement 3, jusqu'à la turbine 4 d'un turbocompresseur T. La turbine 4 est reliée, par un axe 5, au compresseur 6 du turbocompresseur T. L'énergie des gaz d'échappement GE permet d'entraîner la turbine 4, qui entraîne à son tour le compresseur 6, qui reçoit, par son entrée 61, de l'air frais GA (représenté par les flèches en traits discontinus sur les figures). L'air frais GA est comprimé dans le compresseur 6, puis ré-acheminé, via un conduit d'admission 7, puis un refroidisseur 8, jusqu'au collecteur d'admission 9 d'où il est injecté dans le moteur 1. Un conduit EGR 10 relie le collecteur d'échappement 2 au collecteur d'admission 9 du moteur 1, afin de permettre la mise en re-circulation, contrôlée au moyen d'une vanne EGR, d'une partie des gaz GE issus de la combustion dans le moteur 1. Dans le dispositif selon l'invention, et ainsi que le présente la figure 1, un conduit de by-pass 11 relie le conduit d'admission 7 au conduit d'échappement 3 et au conduit EGR 10, et comporte un éjecteur 12 formé d'un conduit d'éjection 13 dont une extrémité 131 est apte à être engagée coaxialement dans le conduit d'échappement 3. L'éjecteur 12 est mobile entre une position de travail dans laquelle ladite extrémité 131 du conduit d'éjection 13 est engagée dans le conduit d'échappement 3, et une position rétractée dans laquelle ladite extrémité 131 est retirée dudit conduit d'échappement 3. Le refroidisseur 8 se trouve entre le conduit d'admission 7 et le collecteur d'admission 9. Le conduit de by-pass 11 débouche dans le conduit d'admission 7 en amont du refroidisseur 8, et le conduit EGR 10 débouche dans le collecteur d'admission 9 en aval du refroidisseur 8. Deux ouvertures 14 et 15 (voir figures 2 et 3), dont la fonction sera détaillée ultérieurement, sont, par ailleurs, ménagées dans le conduit d'éjection 13.
Un dispositif de pilotage 16 permet le déplacement dudit éjecteur 12 entre sa position de travail et sa position rétractée, tout en autorisant ledit éjecteur 12 à prendre toutes les positions intermédiaires entre ladite position de travail et ladite position rétractée : selon un mode de réalisation préféré de l'invention, non limitatif, le dispositif de pilotage 16 est commandé par le calculateur de contrôle du moteur 1. L'axe Z du conduit d'éjection 13 est sensiblement confondu avec l'axe du conduit d'échappement 3, le déplacement de l'éjecteur 12 entre sa position rétractée et sa position de travail étant ainsi obtenu par coulissement du conduit d'éjection 13 le long de son axe Z. Selon différents modes de réalisation, le coulissement de l'éjecteur 12 peut être obtenu par un système vis ûécrou piloté par le dispositif 16, ou par un vérin ou tout autre système pneumatique approprié.
Les ouvertures 14 et 15 précédemment évoquées sont ménagées dans la paroi du conduit d'éjection 13, radialement sensiblement à l'opposé l'une de l'autre, et sensiblement décalées longitudinalement sur ledit conduit d'éjection 13. Bles permettent, dans les conditions qui vont maintenant être décrites, de mettre alternativement en relation, via le conduit de by-pass (11), d'une part, le conduit d'admission (7) avec le conduit d'échappement (3), ou, d'autre part, le conduit d'échappement (3) avec le conduit EGR (10).
Lorsque l'éjecteur 12 est dans sa position de travail, et ainsi que le présente la figure 2, le conduit d'éjection 13 est coulissé le long de son axe Z de telle manière qu'une de ses extrémités 131 soit engagée dans le conduit d'échappement 3, ainsi qu'il a été précédemment mentionné. L'ouverture 14, ménagée dans ledit conduit d'éjection 13, permet alors la mise en relation, via le conduit de by-pass 11, du conduit d'admission 7 avec le conduit d'échappement 3. Les gaz d'échappement GE, chauds, issus du collecteur d'échappement 2 du moteur 1, entraînent alors, par transfert de quantité de mouvement, une partie des gaz frais GA issus du compresseur 6 vers ledit conduit d'échappement 3. Il en résulte un débit accru traversant la turbine 4, et, ainsi, une énergie disponible accrue à l'entrée de celle-ci. Dans le même temps, l'ouverture 15, ménagée, dans la paroi du conduit d'éjection 13, à l'opposé de l'ouverture 14, étant décalée longitudinalement par rapport à cette dernière, le conduit d'EGR 10 se trouve isolé, à la fois, du conduit de by-pass 11, et du collecteur d'échappement 2.
Avantageusement, l'extrémité 131 du conduit d'éjection 13 présente une forme et des dimensions aptes à générer une section variable pour le passage des gaz frais GA en fonction de l'engagement du conduit d'éjection 13 dans le conduit d'échappement 3. Ainsi, selon un mode de réalisation privilégié, mais non exclusif, de l'invention, l'extrémité 131 du conduit d'éjection 13 aura préférentiellement une forme conique dont le diamètre ira en diminuant à partir du conduit d'éjection 13, et le rapport du diamètre intérieur D du conduit d'échappement 3 à son diamètre extérieur minimal Dmin sera préférentiellement, mais de manière non limitative, sensiblement compris entre 1.05 et 1.3. Il est également à noter que, ainsi qu'il a été précisé plus haut, la position longitudinale du conduit d'éjection 13 dans le conduit d'échappement 3 étant réglable au moyen du dispositif de pilotage 16, le débit de gaz GA mélangé aux gaz GE est modulable, par la modulation de la surface de mise en communication définie par l'ouverture 14, ce qui permet d'adapter le dispositif aux besoins du moteur 1.
Lorsque l'éjecteur 12 est dans sa position rétractée, et ainsi que le présente la figure 3, l'extrémité 131 du conduit d'éjection 13 n'est plus engagée dans le conduit 3 d'admission de la turbine 4. L'ouverture 14 ne met alors plus en communication, via le conduit de by-pass 11, le conduit d'admission 7 avec le conduit d'échappement 3. En revanche, l'ouverture 15, ménagée, à l'opposé de l'ouverture 14, dans la paroi du conduit d'éjection 13, permet alors la mise en communication, via le conduit d'éjection 13, du conduit d'EGR 10 avec le conduit d'échappement 3 : une partie des gaz d'échappement GE peut alors être guidée, via le conduit d'éjection 13 et le conduit d'EGR 10, dans le circuit d'EGR Il est à noter que, dans cette configuration, le dispositif de pilotage 16 permettant de régler la position du conduit d'éjection 13 le long de son axe Z, il sera également possible, en modulant la surface de mise en communication, via l'ouverture 15, du conduit d'éjection 13 avec le conduit d'EGR 10, d'obtenir une régulation du débit d'EGR : l'invention peut ainsi remplacer une vanne EGR dans le circuit d'échappement du moteur 1.
L'invention permet donc, par la présence de l'éjecteur 12, d'une part, d'augmenter le débit traversant la turbine 4 du turbocompresseur T, et ce, quel que soit le régime de fonctionnement du moteur. Ble permet en outre, par le pilotage de la position de l'éjecteur 12, ainsi que par l'existence des ouvertures 14 et 15 ménagées sur les parois du conduit d'éjection 13 de celui-ci, d'utiliser alternativement ledit éjecteur 12 soit pour réaliser l'augmentation de débit recherchée à l'entrée de la turbine 4, soit pour réaliser le circuit d'EGR du moteur 1.
Il est à noter que l'invention, ici décrite pour un moteur comportant un seul étage de suralimentation et un seul turbocompresseur, peut être mise en oeuvre pour un moteur comportant plusieurs étages de suralimentation.
Les figures 4 et 5 présentent l'impact de l'invention sur les performances du moteur d'un véhicule automobile, respectivement en régime stabilisé et en régime transitoire. Il apparaît ainsi que, en régime stabilisé (figure 4), et, plus particulièrement, pour les bas régimes du moteur, dans lesquels les performances du turbocompresseur sont les moins élevées, l'invention (courbe en traits pleins) permet, comparativement à l'état de la technique (courbe en traits discontinus) un gain allant jusqu'à 20%sur le couple moteur. De même, en régime transitoire (figure 5), le temps nécessaire pour atteindre 90%du couple maximal est, avec l'invention (courbe en traits pleins), réduit de près de 25%par rapport à l'état de la technique (courbe en traits discontinus).25

Claims (4)

Revendications
1. Moteur (1) pour un véhicule automobile comportant : un collecteur d'admission (9), un collecteur d'échappement (2), un turbocompresseur (T) composé d'une turbine (4) liée, par un axe (5), à un compresseur (6), un conduit d'admission (7) reliant la sortie du compresseur (6) au collecteur d'admission (9), ~o un conduit d'échappement (3) reliant le collecteur d'échappement (2) à l'entrée de la turbine (4) du turbocompresseur (T), un conduit de by-pass (11) reliant le conduit d'admission (7) au conduit d'échappement (3), caractérisé en ce que ledit conduit de by-pass (11) est équipé d'un éjecteur 15 (12) comportant un conduit d'éjection (13) dont une extrémité (131) est apte à être engagée dans le conduit d'échappement (3).
2. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'éjecteur (12) est mobile entre une position de travail, dans laquelle ladite extrémité (131) est 20 engagée coaxialement dans ledit conduit d'échappement (3), par coulissement du conduit (13) le long de son axe (Z), et une position rétractée dans laquelle ladite extrémité (131) est retirée dudit conduit d'échappement (3), par coulissement du conduit d'éjection (13) le long de son axe (Z). 25
3. Moteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un dispositif de pilotage (16) permet à l'éjecteur (12) de prendre toutes les positions intermédiaires entre sa position de travail et sa position rétractée.
4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une ouverture (14) est 30 ménagée sur ta paroi du conduit d'éjection (13), permettant, lorsque l'éjecteur (12) est dans sa position de travail, de mettre en communication ledit conduit d'éjection (13) avec le conduit d'admission (7).. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une ouverture (15) est ménagée sur la paroi du conduit d'éjection (13), radialement à l'opposé de l'ouverture (14), permettant, lorsque l'éjecteur (12) est dans sa position rétractée, de mettre en communication le conduit d'échappement (3) avec un conduit EGR (10), via le conduit d'éjection (13). 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ouvertures (14) et (15) sont décalées longitudinalement sur le conduit d'éjection (13). 7. Procédé de pilotage d'un moteur (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'augmentation du débit à l'entrée de ta turbine (4) du turbocompresseur comportant : une sous-étape de mise en place de l'éjecteur (12) dans sa position de travail, une sous-étape de modulation, en fonction des besoins du moteur (1), du débit (GA) des gaz entraînés dans le conduit d'échappement (3) vers l'entrée de la turbine (4), par la modulation de la surface de mise en communication entre le conduit d'éjection (13) et le conduit d'admission (7) via l'ouverture (14). 8. Procédé de pilotage d'un moteur (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de re-circulation d'une partie des gaz (GE) issus de la combustion dans ledit moteur (1), ladite étape de re-circulation comportant une sous-étape de mise en place de l'éjecteur (12) dans sa position rétractée, une sous-étape de régulation du débit de gaz (GE) mis en re-circulation, par la modulation de la surface de mise en communication entre le conduit d'éjection (13) et le conduit EGR (10) via l'ouverture (15).
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