FR2934645A1 - Moteur a combustion interne suralimente equipe d'un circuit de recirculation de gaz d'echappement flexible et procede de mise en action du moteur - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un moteur à combustion interne suralimenté comprenant notamment un circuit de recirculation de gazes d'échappement (5) équipé d'un troisième conduit (5.3) permettant d'amener dans le circuit de recirculation (5) de l'air frais provenant du circuit d'admission (2) ainsi que d'un compresseur auxiliaire (5.4) comprimant l'air frais et/ou les gazes d'échappement avant leur introduction dans le circuit d'admission (2). Les conduits correspondants (5.1, 5.2, 5.3) ainsi que le conduit d'admission (2) sont équipés des moyens de contrôle du débit (2.1) de manière à permettre de contrôler les quantités d'air frais et/ou de gazes circulant dans le circuit de recirculation (5) respectivement dans le circuit d'admission (2).

Description

La présente invention a pour objet un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins une chambre de combustion, un circuit d'admission d'air et/ou de gazes audites chambres de combustion, un circuit d'introduction de carburant dans lesdites chambres de combustion, un circuit d'échappement de gazes produits lors de la combustion du mélange de carburant et d'air et/ou de gazes dans lesdites chambres, un turbocompresseur avec une turbine et un compresseur principal, ladite turbine étant située le long du circuit d'échappement et entrainant le compresseur, celui-ci étant situé le long du circuit d'admission et comprimant l'air avant son admission aux chambres de combustion, ainsi qu'un circuit de recirculation de gazes d'échappement comportant un premier conduit servant d'entrée et étant connecté au circuit d'échappement de manière à introduire au circuit de recirculation des gazes issus du circuit d'échappement ainsi qu'un deuxième conduit servant de sortie et étant 1s connecté à une extrémité au premier conduit et à l'autre extrémité, en aval dudit compresseur, au circuit d'admission de manière à y réintroduire les gazes issus du circuit d'échappement. L'invention a également pour objet un véhicule terrestre équipé d'un tel moteur ainsi qu'un procédé de mise en action d'un tel moteur. Généralement, l'objet de la présente invention se rapporte aux moteurs à 20 combustion interne et tout particulièrement aux moteurs diesel qui, d'une part, sont suralimentés et, d'autre part, disposent d'une recirculation des gazes d'échappement. La suralimentation d'un moteur à combustion interne sert à augmenter son rendement et est normalement assurée par un turbocompresseur. Celui-ci est 25 composé d'une turbine ainsi que d'un compresseur destiné à augmenter la quantité d'air admise dans les chambres de combustion formées par les cylindres du moteur. Typiquement, la turbine est placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur et est entraînée par les gazes d'échappement. La puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine peut soit être modulée, TS/2.R442.12FR71. dpt par exemple en installant des ailettes mobiles, ceci étant connu sous le nom turbo à géométrie variable, soit être constante, par exemple en utilisant un by-pass proportionnel aux bornes de la turbine, ce qui est connu comme turbo à géométrie constante. Le compresseur est, en règle générale, monté sur le même axe que la turbine et est placé à l'entrée du collecteur d'admission, de manière à comprimer l'air fourni aux cylindres du moteur. La consigne de pression de suralimentation est normalement calculée par une unité de calcul et la pression effective est mesurée via un capteur de pression placé sur le collecteur d'admission. Par ailleurs, un refroidisseur d'air de suralimentation peut être placé entre le compresseur et le collecteur d'admission pour contrôler la température de l'air à la sortie du compresseur. Par contre, un moteur diesel suralimenté présente souvent l'inconvénient d'une lacune en termes de brio au décollage. Ce problème est appelé turbo lag et apparaît lorsque le véhicule engage une phase d'accélération. Le turbocompresseur nécessite en effet un temps de l'ordre de quelques secondes pour délivrer une pression de suralimentation suffisante durant lequel la quantité de carburant nécessaire à l'accélération ne peut être brulée dû à l'absence d'une quantité d'air correspondante. Un tel moteur suralimenté peut être équipé d'une recirculation des gazes d'échappement afin de réduire la pollution générée par le moteur, notamment en ce qui concerne les oxydes d'azote. En effet, la quantité d'oxydes d'azote émise, par exemple dans le cas d'un moteur diesel, est fortement liée à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur en air, en carburant et à la présence de gazes inertes. Un principe connu à l'homme du métier sous le nom exhaust gas recirculation (EGR/recirculation des gazes d'échappement) et consistant à dériver une partie des gazes d'échappement vers le circuit d'admission du moteur permet à réduire en outre ces émissions d'oxydes d'azote, mais il risque d'augmenter les fumées si le taux d'EGR est trop élevé. L'EGR peut être réalisée en mettant en communication le circuit d'échappement et le circuit d'admission via une section de passage dont la dimension est réglable par une vanne
TS/2.R442.12FR71. dpt correspondante placée dans le circuit de recirculation. Les gazes d'échappement sont, dans les architectures actuellement connues, souvent recyclés en aval dudit refroidisseur d'air de suralimentation. La dilution d'air frais avec les gazes d'échappement ainsi réalisée permet effectivement de limiter les températures maximales de combustion et la production d'oxydes d'azote, mais l'arrivée de gazes chauds par le circuit de recirculation implique aussi l'inconvénient d'augmenter la température dans le collecteur d'admission, ce qui limite l'efficacité de la réduction d'oxydes d'azote. D'autre part, lorsqu'une grande quantité de gazes d'échappement prélevés classiquement en amont de la turbine est recyclée, lo l'énergie disponible à la turbine est réduite, donc le débit d'air frais procuré par le compresseur. Par conséquent, les émissions de particules augmentent, ce qui limite le potentiel sur la réduction d'oxydes d'azote et n'est souvent pas acceptable en vue des normes légales en vigueur en matière de dépollution. Afin de résoudre le problème susmentionné du turbo lag, le document WO 15 2006/136790 propose de positionner, en aval du système EGR, un compresseur électrique destiné à apporter de l'énergie au mélange gazeux avant son entrée au collecteur d'admission. Ceci a pour avantage de permettre à accroître la vitesse de montée en pression de la suralimentation indépendamment du turbocompresseur et par conséquent d'augmenter le débit d'air frais et de gazes 20 d'échappement, notamment pour les besoins de la dépollution. Cependant, le compresseur électrique, même désactivé, reste présent dans le circuit d'admission et génère des pertes de charge importantes, susceptibles de pénaliser les performances maximales du moteur. Par ailleurs, il est évident d'une manière générale qu'il y a plusieurs types de phases différentes lors du fonctionnement 25 d'un moteur, notamment si celui-ci est utilisé pour l'entraînement d'un véhicule, ces phases de fonctionnement pouvant nécessiter une alimentation différente en air frais, en gazes d'échappement et en carburant. Par conséquent, il serait souhaitable de disposer d'un moteur ayant une architecture suffisamment flexible pour répondre à ces besoins variables. TS/2.R442.12FR71. dpt Ainsi, malgré les avantages qu'apportent les principes de la suralimentation et de la recirculation des gazes d'échappement dans le contexte d'un moteur suralimenté, les architectures actuelles de tels moteurs présentent encore plusieurs inconvénients.
Le but de la présente invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients et de proposer un moteur à combustion interne suralimenté et équipé d'une recirculation des gazes d'échappement qui dispose d'une architecture flexible adaptée à un grand nombre de phases différentes de fonctionnement du moteur, ceci en utilisant de moyens techniques simples et peu couteux, permettant par ailleurs de contrer au problèmes suscités du turbo lag et de la dépollution du moteur. La présente invention propose à cet effet un moteur suralimenté qui se distingue notamment par le fait que le circuit de recirculation de gazes d'échappement comporte un troisième conduit permettant d'amener dans le circuit de recirculation de l'air frais provenant du circuit d'admission ainsi qu'un compresseur auxiliaire comprimant l'air frais et/ou les gazes d'échappement avant leur introduction dans le circuit d'admission, le premier ù, le deuxième ù et le troisième conduit ainsi que le conduit d'admission étant équipés d'un premier ù, d'un deuxième ù et d'un troisième ù respectivement d'un quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux de manière à permettre de contrôler les quantités d'air frais et/ou de gazes circulant dans le circuit de recirculation respectivement dans le circuit d'admission et de diriger le flux dans ces circuits. Ainsi, il devient possible d'améliorer un tel moteur suralimenté, notamment grâce au fait que les circuits d'admission et de recirculation de gazes d'échappement peuvent être utilisés de manière flexible pour orienter le débit d'air et/ou de gazes dans l'un ou dans l'autre de ces circuits selon les besoins en fonction de la phase de fonctionnement dans laquelle le moteur se trouve. Selon une forme d'exécution préférée du moteur, le circuit d'admission comprend, entre les connexions audit troisième conduit et audit deuxième conduit, TS/2. R442.12FR71. dpt un premier moyen de refroidissement comportant au moins deux branches de circulation. Dans ce cas, ledit deuxième conduit servant de sortie du circuit de recirculation est connecté à la sortie dudit premier moyen de refroidissement par l'intermédiaire du deuxième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux de manière à ce que, en fonction de la position dudit moyen de contrôle de débit et/ou de commutation du flux, des gazes issus du circuit d'échappement et/ou de l'air frais sont introduits au circuit d'admission soit en passant dans le premier moyen de refroidissement soit en le court-circuitant. Cette disposition ajoute la possibilité supplémentaire de pouvoir soit d'abord refroidir l'air frais et/ou les gazes d'échappement ré-circulés soit les introduire directement au collecteur d'admission. De plus, au cas où le flux d'air et/ou de gazes est orienté dans le refroidisseur d'air de suralimentation, la durée de séjour peut être allongée grâce à la présence de deux branches dans le refroidisseur, dont une est parcourue par le flux en contresens.
De plus, le premier conduit du circuit de recirculation peut comprendre un deuxième moyen de refroidissement équipé d'un by-pass, permettant ainsi de court-circuiter également ce refroidisseur. De préférence, le compresseur auxiliaire est piloté par un moteur électrique, et le premier û et le troisième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux sont réalisés par une vanne de contrôle respectivement une vanne d'admission ainsi que le deuxième û et le quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux par un clapet d'introduction respectivement un clapet de commutation d'entrée. II est évident que le moteur peut consister en un moteur diesel suralimenté 25 et que l'invention concerne également un véhicule terrestre comprenant un moteur selon la présente invention. L'invention a également pour objet un procédé de mise en action d'un tel moteur qui comprend, afin d'obtenir une performance optimale du moteur, les étapes de fermer le premier moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du
TS/2. R442.12FR71. dpt flux, d'ouvrir le deuxième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, de fermer le troisième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, d'ouvrir le quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, et d'arrêter le compresseur auxiliaire. Dans d'autres phase de fonctionnement s du moteur, par exemple afin d'obtenir un décollage rapide du moteur, afin d'obtenir un fonctionnement de la recirculation à température élevée, afin d'obtenir un fonctionnement de la recirculation à basse température, afin d'obtenir une dépollution optimale, ou afin d'obtenir une régénération d'un filtre à particule situé dans le circuit d'échappement, les moyens de contrôle du débit et/ou de 10 commutation du flux et le compresseur auxiliaire sont gérés de manière correspondante, permettant ainsi à garantir une constellation physique du circuit d'admission et du circuit de recirculation adaptée de façon optimale à chacune de ces situations, améliorant par conséquent le fonctionnement global de la suralimentation et le résultat de la dépollution. 15 D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins.
Les dessins annexés illustrent, schématiquement et à titre d'exemple, 20 plusieurs formes d'exécution de l'invention. La figure la montre un schéma de principe d'un moteur à combustion interne suralimenté et équipé d'une recirculation de gazes d'échappement selon la présente invention, cette figure présentant en même temps une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du 25 compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant d'obtenir une performance optimale du moteur; la figure 1 b montre en détail le moyen de refroidissement installé sur le circuit de recirculation. T S/2. R442.12FR71. dpt La figure 2 montre une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant d'obtenir un décollage rapide du moteur. La figure 3 montre une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant une recirculation à température élevée. La figure 4 montre une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant une recirculation à basse température.
La figure 5 montre une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant d'obtenir une dépollution optimale. La figure 6 montre une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant d'obtenir une régénération d'un filtre à particule situé dans le circuit d'échappement.
L'invention va maintenant être décrite en détail en référence aux dessins annexés qui permettront d'illustrer, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution 20 d'un moteur suralimenté selon la présente invention. Afin de se tourner vers la structure d'un moteur selon la présente invention, la figure la montre un schéma de principe d'un moteur à combustion interne suralimenté et équipé d'une recirculation de gazes d'échappement selon cette invention. Un tel moteur à combustion interne comprend au moins une chambre 25 de combustion qui est indiquée à la figure la symboliquement par les cylindres 1, dont le nombre n'est pas important pour la présente invention. De plus, il comprend un circuit d'admission d'air et/ou de gazes 2 audites chambres de combustion 1, un circuit d'introduction de carburant dans lesdites chambres de combustion 1, ce circuit n'étant pas représenté aux figures, et un circuit T S/2. R442.12FR71. dpt d'échappement de gazes 3 produits lors de la combustion du mélange de carburant et d'air et/ou de gazes dans lesdites chambres 1. Le long du circuit d'admission d'air et/ou de gazes 2 peuvent, en outre, se trouver des éléments habituels tel qu'un filtre à air, un débitmètre et un premier moyen de refroidissement 2.2, avant que le circuit d'admission termine par le collecteur d'admission dont les branches débouchent dans les cylindres 1 du moteur. Après la combustion, les gazes d'échappement entrent d'abord dans un collecteur d'échappement dont les branches se réunissent en un conduit qui les mène, souvent après le passage à travers un filtre à particules, notamment dans le cas d'un moteur diesel, vers la sortie, ces éléments formant un circuit d'échappement de gazes 3. Le moteur selon la présente invention comprend encore un turbocompresseur 4 avec une turbine 4.1 et un compresseur principal 4.2. Ladite turbine 4.1 est située le long du circuit d'échappement 3, généralement dans la zone de haute pression en amont du filtre à particules, afin d'être entrainée par les gazes d'échappement de manière à pouvoir fournir de l'énergie au compresseur principal 4.2. Ce compresseur 4.2 est situé le long du circuit d'admission 2 et est, de préférence, monté sur le même axe que la turbine 4.1, de manière à comprimer l'air et/ou les gazes avant leur admission aux chambres de combustion 1. Comme déjà mentionné dans l'introduction, plusieurs types de turbocompresseurs, par exemple à géométrie variable ou constante peuvent être choisis de manière indifférente en ce qui concerne la présente invention. Puis, le moteur selon la présente invention comprend encore un circuit de recirculation de gazes d'échappement 5 qui comporte un premier conduit 5.1 servant d'entrée de gazes et étant connecté à l'une de ses extrémités, en amont de ladite turbine 4.1, au circuit d'échappement 3 de manière à introduire au circuit de recirculation 5 des gazes issus du circuit d'échappement 3. L'autre extrémité de ce premier conduit 5.1 est liée à un deuxième conduit 5.2 servant de sortie de gazes, c'est-à-dire que le deuxième conduit 5.2 est connecté à une extrémité au
TS/2. R442.12FR71. dpt premier conduit 5.1 et à l'autre extrémité au circuit d'admission 2, en aval dudit compresseur 4.2, de manière à réintroduire au circuit d'admission 2 des gazes issus du circuit d'échappement 3. En particulier, le circuit de recirculation de gazes d'échappement 5 d'un moteur selon la présente invention comprend aussi un troisième conduit 5.3 permettant d'amener de l'air frais provenant du circuit d'admission 2 directement dans le circuit de recirculation 5 ainsi qu'un compresseur auxiliaire 5.4 comprimant l'air frais et/ou les gazes d'échappement avant leur introduction dans le circuit d'admission 2.
De préférence, ledit compresseur auxiliaire 5.4 est situé entre le premier û 5.1 et le deuxième conduit 5.2 du circuit de recirculation 5 et est piloté par un moteur électrique ou un autre moyen équivalent et indépendant du turbocompresseur 4. Ainsi, le compresseur auxiliaire 5.4 permet de comprimer l'air frais et/ou les gazes d'échappement circulant dans le circuit d'échappement 5 et de fournir un flux comprimé au circuit d'admission 2 indépendamment du turbocompresseur 4 respectivement du régime du moteur. En ce qui concerne ledit troisième conduit 5.3 du circuit de recirculation 5, il est, dé préférence, connecté à une extrémité servant d'entrée d'air frais au circuit d'admission 2, entre ledit compresseur principal 4.2 et ledit deuxième conduit 5.2, et à l'autre extrémité servant de sortie d'air frais au circuit de recirculation 5, en amont dudit compresseur auxiliaire 5.4, c'est-à-dire avec le premier conduit 5.1 du circuit de recirculation 5. La recirculation de gazes d'échappement telle qu'illustrée à la figure la réalise donc une réinsertion de gazes d'échappement provenant de l'amont de la turbine 4.1 dans l'aval du compresseur 4.2, avec une introduction d'air frais provenant également de l'aval du compresseur 4.2, mais de l'amont de la connexion du deuxième conduit 5.2 au circuit d'admission 2, dans le circuit de recirculation 5. D'autres variantes de connexions selon l'esprit de la présente invention sont également à la portée de l'homme du métier. En général, il s'agit d'une recirculation de gazes d'échappement avec introduction d'air frais, ceci à
T S/2.R442.12FR71. dpt haute pression, puisque le circuit 5 se trouve entièrement en amont de la turbine 4.1 respectivement en aval du compresseur 4.2, c'est-à-dire du coté de la suralimentation du moteur à haute pression. Par ailleurs, la présente invention propose que le premier û 5.1, le deuxième û 5.2 et le troisième conduit 5.3 du circuit de recirculation de gazes d'échappement 5 ainsi que le conduit d'admission 2 comprend un premier û 5.1.1, un deuxième û 5.2.1 et un troisième û 5.3.1 respectivement un quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux 2.1 de manière à permettre de contrôler les quantités d'air frais et/ou de gazes circulant dans le circuit de recirculation 5 respectivement dans le circuit d'admission 2 et de diriger le flux dans ces circuits en fonction de l'état de ces moyens. Les termes moyen de contrôle ou moyen de commutation seront dans la suite utilisés de manière indifférente pour désigner un tel moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, sauf si une autre signification est spécifiée explicitement. Une telle disposition permet que les circuits d'admission 2 et de recirculation de gazes d'échappement 5 peuvent être utilisés de manière simple et flexible pour orienter un débit d'air et/ou de gazes d'échappement variable et contrôlable dans l'un ou dans l'autre de ces circuits selon les besoins en fonction de la phase de fonctionnement dans laquelle le moteur se trouve à un moment donné, ce qui sera expliqué de manière détaillée dans la suite de la description. Dans une forme d'exécution préférée d'un moteur selon la présente invention, le circuit d'admission 2 comprend un premier moyen de refroidissement 2.2 situé entre les connexions du circuit d'admission 2 audit troisième conduit 5.3 et audit deuxième conduit 5.2. Le rôle de ce moyen de refroidissement consistant à réduire la température des gazes d'admission et, par conséquent, la température de combustion, résultant en une réduction des émissions d'oxydes d'azote, est conventionnel. Ce premier moyen de refroidissement 2.2 d'un moteur selon la présente invention a pourtant la particularité de comprendre au moins deux branches de circulation 2.2.1, 2.2.2. De plus, ledit deuxième conduit 5.2 servant TS/2. R442.12FR71. dpt de sortie du circuit de recirculation 5 est dans ce cas connecté à la sortie de ce premier moyen de refroidissement 2.2 par l'intermédiaire du deuxième moyen de commutation 5.2.1 de manière à ce que, en fonction de la position dudit moyen de commutation 5.2.1, des gazes issus du circuit d'échappement 3 et/ou de l'air frais sont introduits au circuit d'admission 2 soit en passant dans le premier moyen de refroidissement 2.2 soit directement vers le collecteur d'admission en court-circuitant le premier moyen de refroidissement 2.2. Cet agencement des circuits d'admission 2 et de recirculation 5 ajoute la possibilité supplémentaire de pouvoir soit d'abord refroidir l'air frais et/ou les gazes d'échappement recirculés qui parcourent dans ce cas la deuxième branche 2.2.2 en contresens et la première branche 2.2.1 dans le sens normal de circulation soit les introduire directement au collecteur d'admission. De plus, au cas où le flux d'air et/ou de gazes est orienté dans le refroidisseur d'air de suralimentation 2.2, la durée de séjour peut être allongée grâce à la présence de deux branches 2.2.1, 2.2.2 dans le refroidisseur, 1s dont une est parcourue en contresens par le flux tel que mentionné ci-dessus. En effet, le premier û et le troisième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux sont réalisés, de préférence, par une vanne de contrôle 5.1.1 respectivement une vanne d'admission 5.3.1, ces vannes permettant en même temps de contrôler le débit à travers les conduits respectifs et, par leur fermeture 20 ou leur ouverture, d'orienter le flux dans un ou dans un autre conduit. Le deuxième û et le quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux sont, pour des raisons de simplicité et de couts, réalisés, de préférence, par un clapet d'introduction 5.2.1 respectivement un clapet de commutation d'entrée 2.1, permettant ainsi une commutation du flux en fonction de la position du clapet 25 concerné, tel que ceci sera également décrit plus en détail dans la suite. De manière avantageuse, le clapet d'introduction 5.2.1 et le clapet de commutation d'entrée 2.1 peuvent d'ailleurs être positionnés respectivement à la sortie et à l'entrée dudit premier moyen de refroidissement 2.2, notamment le clapet d'introduction 5.2.1 de manière à permettre ladite coopération avec la deuxième TS/2.R442.12FR71. dpt branche 2.2.2 du refroidisseur. Bien évidemment, il serait possible d'agencer les moyens 5.1.1, 5.2.1, 5.3.1, 2.1 de manière à ce qu'ils disposent tous de la fonctionnalité de faire varier le débit ainsi que de pouvoir commuter le flux. Il reste encore à noter que le premier conduit 5.1 du circuit de recirculation 5 comprend normalement un deuxième moyen de refroidissement 5.1.2 qui permet de régler la température des gazes circulant dans ce conduit et qui est de préférence équipé d'un by-pass, tel que ceci est représenté schématiquement à la figure 1 b. Le by-pass comprend une vanne de by-pass, et la vanne de contrôle 5.1.1 placée dans le premier conduit 5.1 peut être située en amont ou en aval du système refroidisseur-by-pass, tel que cela ressort également de la figure 1 b. D'autres éléments habituellement utilisés dans ce genre de moteur peuvent aussi être présents dans les circuits 2, 3, 5 sans pour autant avoir une importance dans le cadre de la présente invention. En outre, l'implantation d'une tranche de catalyseur d'oxydation en amont du système EGR pourrait s'avérer utile pour limiter la recirculation des hydrocarbures imbrûlés. Par ailleurs, il est clair que le moteur selon la présente invention peut être un moteur diesel suralimenté ou tout autre type de moteur de ce genre, et que l'invention concerne également un véhicule terrestre comprenant un moteur tel que décrit ci-dessus.
Le fonctionnement d'un tel moteur peut être compris au mieux en décrivant le procédé de mise en action d'un moteur selon la présente invention. A cet effet, la figure la montre, à coté de la structure générale d'un tel moteur, une constellation des moyens de contrôle du débit et/ou de commutation du flux ainsi que du compresseur auxiliaire lors d'une phase de fonctionnement du moteur permettant d'obtenir une performance optimale du moteur. Comme cela ressort de la figure 1 a, dans ce mode de fonctionnement du moteur, le premier moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, la vanne de contrôle 5.1.1 de la recirculation de gazes d'échappement, est fermée, tel que le troisième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, la vanne d'admission 5.3.1 d'air,
T S /2 . R44 2.12 FR71. dp t tandis que le deuxième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement ainsi que le quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux, le clapet de commutation 2.1 de l'entrée d'air sont ouvert. L'état complètement ouvert de ces moyens de contrôle est symbolisé dans les figures par le chiffre 1 entouré d'un cercle, l'état fermé par le chiffre 0 entouré d'un cercle, et l'état partiellement ouvert respectivement partiellement fermé par '/2 entouré d'un cercle. Par ailleurs, le compresseur auxiliaire 5.4 est arrêté dans ce mode de fonctionnement du moteur, symbolisé à la figure 1a par le mot off entouré d'un cercle. Ainsi, le système EGR est désactivé, comme l'introduction d'air dans le circuit de recirculation 5, de manière à ce que ni des gazes d'échappement brûlés ni d'air frais ne peuvent circuler dans le circuit EGR 5. La turbine 4.1 placée dans le circuit d'échappement 3 est donc entraînée en pleine puissance par les gaz d'échappement qui sortent uniquement par ce circuit 3. Le compresseur principal 4.2 comprime l'air frais qui passe uniquement par le circuit d'admission 2 et le réinjecte directement dans le refroidisseur de suralimentation 2.2 où la température de l'air est abaissée et dont tout le volume est utilisé, c'est-à-dire les deux branches 2.2.1, 2.2.2 dans le même sens de circulation, ce qui réduit les pertes de charge. Aux figures, les directions du flux d'air frais respectivement de gazes d'échappement dans les circuits 2, 3, 5 sont indiqués symboliquement par des flèches. Par conséquent, dans ce mode de fonctionnement, la densité de l'air dans le collecteur d'admission est maximale, permettant d'exploiter au mieux les performances du moteur. Afin de résoudre le problème du turbo lag mentionné dans l'introduction, la présente invention permet de mettre en action le moteur dans un autre mode de fonctionnement de manière à obtenir un décollage rapide du moteur. Comme illustré schématiquement à la figure 2, le procédé correspondant de mise en action du moteur comprend les étapes de fermer la vanne de contrôle 5.1.1, de fermer le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement, d'ouvrir pleinement la vanne d'admission 5.3.1 d'air, et de fermer le clapet de commutation TS/2.R442.12FR71. dpt 2.1 de l'entrée d'air, ceci en mettant en marche le compresseur auxiliaire 5.4. Par ces mesures, il est possible de fournir le plus rapidement possible un débit d'air frais important au moteur, du fait que le premier conduit 5.1 du circuit de recirculation 5 est fermé et le clapet d'admission est complètement ouvert, permettant ainsi que le compresseur électrique 5.4 transmet de l'énergie à l'air frais circulant dans le troisième û 5.3, puis le deuxième conduit 5.2 du circuit de recirculation 5 et initialement faiblement comprimé par le compresseur principal 4.2. L'air est ensuite envoyé au refroidisseur de suralimentation 2.2, parcourant ses deux branches 2.2.1, 2.2.2 dans des sens de circulation opposés et ayant un lo temps de séjour allongé par rapport à un parcours normal, c'est-à-dire dans le même sens de circulation dans les deux branches. Par conséquent, le moteur profite de l'arrivée accélérée du débit d'air frais et libère alors plus d'énergie à l'échappement, ce qui favorise la mise en vitesse du turbocompresseur 4. Le compresseur électrique 5.4 peut être arrêté lorsque le compresseur principal 4.2 15 est capable de fournir la pression de suralimentation demandée par le conducteur du véhicule. Ce mode de fonctionnement montre en particulier que le deuxième moyen de contrôle du débit réalisé de préférence par un clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement permet de gérer notamment l'utilisation du deuxième branche 2.2.2 du premier moyen de refroidissement 2.2 ainsi que de 20 court-circuiter ce dernier. Ainsi, ce mode d'opération du moteur permet de réduire le temps de réponse du moteur au décollage. Dans encore un autre mode de fonctionnement du moteur, il est possible d'obtenir une recirculation de gazes d'échappement et de l'air frais à température élevée. Le procédé correspondant de mise en action du moteur comprend, tel que 25 représenté schématiquement à la figure 3, les étapes de partiellement ouvrir la vanne de contrôle 5.1.1, d'ouvrir le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement, d'ouvrir complètement la vanne d'admission 5.3.1 d'air, et de fermer le clapet de commutation 2.1 de l'entrée d'air, ceci en arrêtant le compresseur auxiliaire 5.4. Dans cette constellation, la vanne de contrôle 5.1.1 et TS/2.R442.12FR71. dpt la vanne d'admission 5.3.1 étant respectivement partiellement et pleinement ouverte, un mélange d'air frais et de gazes recyclés se trouve dans le circuit de recirculation 5. Le mélange traverse le compresseur électrique éteint et ne circule pas dans le refroidisseur de suralimentation 2.2, du fait que le clapet 5.2.1 est dans sa position de by-pass du refroidisseur. Le mélange d'air frais et de gazes recyclés arrive ainsi à haute température dans le collecteur d'admission, situation recherchée pour une dépollution optimale lorsque le moteur est encore froid, c'est-à-dire quand il se trouve encore à la température de l'eau de refroidissement. Dans une constellation similaire et représentée à la figure 4, mais destiné à obtenir un fonctionnement de la recirculation à basse température, le procédé de mise en action selon la présente invention comprend les étapes d'ouvrir partiellement la vanne de contrôle 5.1.1, de fermer le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement, d'ouvrir pleinement la vanne d'admission 5.3.1 d'air, de fermer le clapet de commutation 2.1 de l'entrée d'air et d'arrêter le compresseur auxiliaire 5.4. Par différence à la constellation précédente, le mélange d'air frais et de gazes d'échappement parcourt dans le cas présent les deux branches 2.2.1, 2.2.2 du refroidisseur 2.2. Ceci allonge le temps de séjour à son intérieur, permettant de réduire la température d'admission et donc de combustion afin de limiter davantage les émissions d'oxydes d'azote lorsque le moteur est chaud. Dans un autre mode de fonctionnement du moteur montré par un schéma de principe à la figure 5, il est possible d'obtenir une dépollution maximale. Le procédé correspondant comprend les étapes d'ouvrir pleinement la vanne de contrôle 5.1.1, de fermer le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement, d'ouvrir pleinement la vanne d'admission 5.3.1 d'air, de fermer le clapet de commutation 2.1 de l'entrée d'air et de mettre en marche le compresseur auxiliaire 5.4. Ce mode d'opération est destiné à augmenter davantage la quantité de gaz recyclés tout en préservant ou même augmentant le débit d'air frais. Par rapport à la constellation précédente, on ouvre donc au maximum la vanne de TS/2.R442.12FR71. dpt contrôle 5.1.1 et met en marche le compresseur auxiliaire 5.4. Ainsi, l'air frais est pré-comprimé par le compresseur principal 4.2, puis mélangé aux gazes recyclés en aval de la vanne d'admission 5.3.1 d'air. Le mélange gazeux est ensuite envoyé au compresseur électrique 5.4 activé qui apporte une quantité d'énergie supplémentaire à l'ensemble et augmente simultanément les débits d'air et de gazes d'échappement. Le mélange parcourt les deux branches 2.2.1, 2.2.2 du refroidisseur 2.2, ce qui allonge le temps de séjour et favorise le refroidissement du mélange. Le mélange d'air et de gazes d'échappement arrive ainsi au collecteur d'admission dans de meilleures conditions pour la dépollution. En effet, du fait que la température de combustion est réduite et les débits d'air et de gazes d'échappement sont élevés, les émissions d'oxydes d'azote sont moindres et la richesse en particules non-brûlées reste limitée. Afin d'obtenir par exemple une régénération d'un filtre à particule situé dans le circuit d'échappement, un moteur selon la présente invention peut encore être 1s mis en action par un procédé qui comprend les étapes de fermer la vanne de contrôle 5.1.1, d'ouvrir le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement, de partiellement ouvrir la vanne d'admission 5.3.1 d'air, de fermer le clapet de commutation 2.1 de l'entrée d'air, et d'arrêter le compresseur auxiliaire 5.4. Cette configuration illustrée à la figure 6 constitue l'opposé du mode 20 d'opération du moteur avec une performance maximale. Dans le cas présent, l'efficacité des purges du post-traitement, comme notamment de la régénération d'un filtre à particules situé le long du circuit d'échappement 3 ou de la purge de soufre, est obtenue par l'intermédiaire d'une augmentation de la température et de la richesse en particules des gazes d'échappement. En fermant le premier conduit 25 5.1 du circuit de recirculation 5 et en limitant le débit d'air en aval du turbocompresseur grâce à vanne d'admission 5.3.1 d'air, uniquement de l'air passe à travers le compresseur électrique 5.4 éteint et n'est pas refroidi, passant directement dans le collecteur d'admission du circuit d'admission 2. II est ainsi possible de réduire la densité de l'air dans le collecteur d'admission et les gaz TS/2. R442.12FR71. dpt d'échappement en sortie du moteur sont plus chauds et plus riches en particules, ce qui peut, par exemple, favoriser à moindre coût la régénération d'un filtre à particules éventuellement situé sur la ligne d'échappement 3. II reste à noter qu'un moteur étant dépourvu d'un compresseur auxiliaire peut être utilisé de la même manière qu'un moteur équipé d'un tel compresseur auxiliaire et fonctionnant dans un des modes de fonctionnement décrits ci-dessus avec ce compresseur en arrêt. En vue de la description ci-dessus d'un moteur selon la présente invention ainsi que des procédés de son mise en action, ses avantages sont clairs, en particulier que la présente invention propose une architecture d'un moteur réalisée avec des moyens simples et relativement peu couteux, mais permettant de façon flexible différentes modes d'opération du moteur adaptés à des situations particulières lors de son fonctionnement, notamment lorsque le moteur sert en tant que moyen d'entraînement dans un véhicule terrestre comme un automobile. Un moteur selon la présente invention présente notamment les avantages liés aux nombreux constellations d'orientation du flux possibles, en outre du fait que la vanne d'admission 5.3.1 d'air en coopération avec le clapet de commutation 2.1 de l'entrée d'air permet soit de forcer le débit d'air dans le circuit de recirculation 5 comportant le compresseur électrique 5.4 soit de by-passer celui-ci, évitant ainsi de subir la perte de charge dû à ce compresseur lorsqu'il n'est pas utilisé, du fait que le clapet d'introduction 5.2.1 d'air frais et/ou de gazes d'échappement permet de choisir le chemin de parcours du flux à travers le refroidisseur de suralimentation 2.2, ajoutant ainsi la possibilité d'influencer la température de l'air et des gazes, et du fait que la vanne de contrôle 5.1.1 et la vanne d'admission 5.3.1 d'air permettent de contrôler la composition du mélange d'air frais et de gazes d'échappement circulant à travers le circuit de recirculation 5, influençant ainsi un paramètre important pour la dépollution du moteur. T S /2. R442.12FR71. dpt Par ailleurs, l'invention apporte aussi une solution au moins partielle aux problèmes susmentionnés du turbo lag et de la dépollution d'un moteur, en particulier d'un moteur diesel, tel que cela ressort de la description ci-dessus. De plus, l'invention propose une solution permettant éventuellement de s'affranchir d'un filtre à particules pour traiter les gazes d'échappement tout en limitant l'encrassement du circuit d'admission, ceci en diluant immédiatement les gazes traversant le système EGR dans l'air frais, ce qui réduit la concentration de particules et donc leur tendance à s'agglomérer, et en utilisant le compresseur électrique 5.4, dont le matériau de ses aubes peut être choisi de manière à supporter l'impact des particules en ayant des caractéristiques proches de ceux utilisés classiquement sur une roue de turbine. En effet, du fait de son activité régulière, le compresseur électrique 5.4 est un composant dynamique et, à cause de l'élimination des dépôts par centrifugation, favorise moins les dépôts de particules qu'une vanne qui est un élément quasi-statique. Par ailleurs, le fait de disposer dans certains modes d'opération du moteur d'un sens de circulation alterné dans la deuxième branche 2.2.2 du refroidisseur de suralimentation 2.2, qui est sa partie la plus exposée à l'arrivée des gaz d'échappement en provenance du circuit de recirculation, permet, dans le mode de fonctionnement à performance maximale, que l'air frais balaie les particules déposées pour ensuite les brûler dans le moteur, ce mode réalisant donc simultanément un nettoyage du refroidisseur de suralimentation. Finalement, l'invention permet une meilleure utilisation du refroidisseur de suralimentation 2.2, dans le sens que, pour un même volume, la circulation en U dans le refroidisseur offre au mélange gazeux un temps de séjour plus long, ce qui a pour conséquence de diminuer la température des gazes à l'admission et donc d'améliorer le rendement ainsi que de réduire les émissions en oxydes d'azote. TS/2.R442.12FR71. dpt

Claims (15)

  1. Revendications1. Moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins une chambre de combustion (1), un circuit d'admission d'air et/ou de gazes (2) audites chambres de combustion, un circuit d'introduction de carburant dans lesdites chambres de combustion, un circuit d'échappement de gazes (3) produits lors de la combustion du mélange de carburant et d'air et/ou de gazes dans lesdites chambres (1), un turbocompresseur (4) avec une turbine (4.1) et un lo compresseur principal (4.2), ladite turbine (4.1) étant située le long du circuit d'échappement (3) et entrainant le compresseur (4.2), celui-ci (4.2) étant situé le long du circuit d'admission (2) et comprimant l'air avant son admission aux chambres de combustion, ainsi qu'un circuit de recirculation de gazes d'échappement (5) comportant un premier conduit (5.1) servant d'entrée et 15 étant connecté au circuit d'échappement (2) de manière à introduire au circuit de recirculation (5) des gazes issus du circuit d'échappement (3) ainsi qu'un deuxième conduit (5.2) servant de sortie et étant connecté à une extrémité au premier conduit (5.1) et à l'autre extrémité, en aval dudit compresseur (4.2), au circuit d'admission (2) de manière à y réintroduire les gazes issus du circuit 20 d'échappement (3), caractérisé par le fait que le circuit de recirculation de gazes d'échappement (5) comporte un troisième conduit (5.3) permettant d'amener dans le circuit de recirculation (5) de l'air frais provenant du circuit d'admission (2) ainsi qu'un compresseur auxiliaire (5.4) comprimant l'air frais et/ou les gazes d'échappement avant leur introduction dans le circuit 25 d'admission (2), le premier û (5.1), le deuxième û (5.2) et le troisième conduit (5.3) ainsi que le conduit d'admission (2) étant équipés d'un premier û (5.1.1), d'un deuxième û (5.2.1) et d'un troisième û (5.3.1) respectivement d'un quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux (2.1) de manière à permettre de contrôler les quantités d'air frais et/ou de gazes TS/2. R442.12FR71. dptcirculant dans le circuit de recirculation (5) respectivement dans le circuit d'admission (2) et de diriger le flux dans ces circuits.
  2. 2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit compresseur auxiliaire (5.4) est situé entre le premier û (5.1) et le deuxième conduit (5.2) du circuit de recirculation (5) et que ledit troisième conduit (5.3) du circuit de recirculation (5) est connecté à une extrémité servant d'entrée d'air frais au circuit d'admission (2), entre ledit compresseur principal (4.2) et ledit deuxième conduit (5.2), et à l'autre extrémité servant de sortie au circuit de recirculation (5), en amont dudit compresseur auxiliaire (5.4).
  3. 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit d'admission (2) comprend, entre les connexions audit troisième conduit (5.3) et audit deuxième conduit (5.2), un premier moyen de refroidissement (2.2) comportant au moins deux branches de circulation (2.2.1, 2.2.2).
  4. 4. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit deuxième conduit (5.2) servant de sortie du circuit de recirculation (5) est connecté à la sortie dudit premier moyen de refroidissement (2.2) par l'intermédiaire du deuxième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux (5.2.1) de manière à ce que, en fonction de la position dudit moyen de contrôle de débit et/ou de commutation du flux (5.2.1), des gazes issus du circuit d'échappement (3) et/ou de l'air frais sont introduits au circuit d'admission (2) soit en passant dans le premier moyen de refroidissement (2.2) soit en le court-circuitant. TS/2.R442.12FR71. dpt
  5. 5. Moteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier conduit (5.1) du circuit de recirculation (5) comprend un deuxième moyen de refroidissement (5.1.2) équipé d'un by-pass.
  6. 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le compresseur auxiliaire (5.4) est piloté par un moteur électrique.
  7. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le premier ù et le troisième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux sont réalisés par une vanne de contrôle (5.1.1) respectivement une vanne d'admission (5.3.1) et que le deuxième ù et le quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux sont réalisés par un clapet d'introduction (5.2.1) respectivement un clapet de commutation d'entrée (2.1).
  8. 8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moteur est un moteur diesel suralimenté.
  9. 9. Véhicule terrestre, caractérisé par le fait qu'il comprend un moteur selon l'une des revendications précédentes.
  10. 10. Procédé de mise en action d'un moteur selon l'une des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé par le fait que, afin d'obtenir une performance optimale du moteur, il comprend les étapes de fermer le premier moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux (5.1.1), ouvrir le deuxième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux (5.2.1), fermer le troisième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux (5.3.1), TS/2.R442.12FR71. dptouvrir le quatrième moyen de contrôle du débit et/ou de commutation du flux (2.1), et arrêter le compresseur auxiliaire (5.4).
  11. 11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, afin d'obtenir un décollage rapide du moteur, il comprend les étapes de fermer le premier moyen de contrôle du débit (5.1.1), fermer le deuxième moyen de contrôle du débit (5.2.1), ouvrir le troisième moyen de contrôle du débit (5.3.1), fermer le quatrième moyen de contrôle du débit (2.1), et mettre en marche le compresseur auxiliaire (5.4).
  12. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes 10 à 11, caractérisé par le fait que, afin d'obtenir un fonctionnement de la recirculation à température 15 élevée, il comprend les étapes de partiellement ouvrir le premier moyen de contrôle du débit (5.1.1), ouvrir le deuxième moyen de contrôle du débit (5.2.1), ouvrir le troisième moyen de contrôle du débit (5.3.1), fermer le quatrième moyen de contrôle du débit (2.1), et 20 arrêter le compresseur auxiliaire (5.4).
  13. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes 10 à 12, caractérisé par le fait que, afin d'obtenir un fonctionnement de la recirculation à basse température, il comprend les étapes de 25 partiellement ouvrir le premier moyen de contrôle du débit (5.1.1), fermer le deuxième moyen de contrôle du débit (5.2.1), ouvrir le troisième moyen de contrôle du débit (5.3.1), fermer le quatrième moyen de contrôle du débit (2.1), et arrêter le compresseur auxiliaire (5.4). TS/2.R442.12FR71.dpt
  14. 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes 10 à 13, caractérisé par le fait que, afin d'obtenir une dépollution optimale, il comprend les étapes de ouvrir le premier moyen de contrôle du débit (5.1.1), fermer le deuxième moyen de contrôle du débit (5.2.1), ouvrir le troisième moyen de contrôle du débit (5.3.1), fermer le quatrième moyen de contrôle du débit (2.1), et mettre en marche le compresseur auxiliaire (5.4).
  15. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes 10 à 14, caractérisé par le fait que, afin d'obtenir une régénération d'un filtre à particule situé dans le circuit d'échappement, il comprend les étapes de fermer le premier moyen de contrôle du débit (5.1.1), ouvrir le deuxième moyen de contrôle du débit (5.2.1), partiellement ouvrir le troisième moyen de contrôle du débit (5.3.1), fermer le quatrième moyen de contrôle du débit (2.1), et arrêter le compresseur auxiliaire (5.4). T S/2. R442.12FR71. dpt
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