FR3006714A1

FR3006714A1 - Circuit d'admission d'un moteur a combustion interne et moteur a combustion interne equipe d'un tel circuit d'admission

Info

Publication number: FR3006714A1
Application number: FR1355323A
Authority: FR
Inventors: Hatem Gacem; Olivier Balenghien
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2014-12-12
Anticipated expiration: 2033-06-10
Also published as: FR3006714B1

Abstract

L'invention porte sur un circuit d'admission d'un moteur à combustion interne(4) comportant un turbocompresseur (1) comportant un compresseur (13), un clapet de décharge (7) agencé de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'aval du compresseur avec l'amont du compresseur, et, montés en série entre le clapet de décharge (7) et l'amont du compresseur (1), un accumulateur (10) et une vanne d'échappement (11).

Description

CIRCUIT D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT D'ADMISSION [1] L'invention concerne le domaine de la suralimentation d'un moteur à combustion interne. En particulier, l'invention concerne un circuit d'admission d'un moteur à combustion interne. [2] Dans le cadre d'un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur, il est généralement prévu, dans le circuit d'admission, une branche de recirculation entre la sortie de la partie compresseur du turbocompresseur et l'entrée de cette dernière. Cette branche de recirculation, munie d'un clapet de décharge, permet d'éviter que le compresseur du turbocompresseur ne se retrouve en situation de pompage, lors des décélérations qui suivent de fortes charges demandées au moteur à combustion interne. Une situation de pompage du compresseur du turbocompresseur correspond à une situation dans laquelle, sous un faible débit gazeux, une forte pression en sortie du compresseur du turbocompresseur a tendance à refouler les gaz à travers l'entrée de celui-ci, entraînant une forte instabilité dans le flux gazeux et des oscillations de débit à des fréquences potentiellement destructrices pour le turbocompresseur. [3] Cette situation se produit typiquement lorsqu'il est souhaité de réduire fortement le couple moteur en décélération. Il est alors nécessaire, dans un moteur à combustion interne, de réduire fortement le débit d'air à l'admission du moteur. Le boîtier papillon en charge de réguler l'admission d'air dans le moteur est fermé. Ceci a pour conséquence de réduire le débit d'air dans le compresseur du turbocompresseur alors que celui-ci est encore à forte vitesse, ce qui augmente la pression en sortie dudit compresseur du turbocompresseur. Le clapet de décharge positionné dans la branche de recirculation reliant la sortie du compresseur du turbocompresseur à son entrée est fermé lors d'un fonctionnement normal du moteur à combustion interne. Ce clapet de décharge est ouvert lorsqu'une situation de pompage du turbocompresseur pourrait se produire. Ainsi, le clapet de décharge permet d'éviter le pompage en permettant d'établir une certaine recirculation d'air de l'aval vers l'amont du compresseur du turbocompresseur. Le document FR 2 950 392 illustre une telle branche de recirculation dans un circuit d'admission. [4] Au surplus, la situation de pompage génère des perturbations vibroacoustiques qui produisent ce qui est communément appelé le bruit de pompage. Toutefois, la présence d'une branche de recirculation équipée d'un clapet de décharge ne permet pas d'écarter complètement le bruit de pompage constaté et génère un bruit de décharge. [5] Le but de l'invention est de fournir un circuit d'admission d'un moteur à combustion qui permet de manière simple et économique de réduire au maximum le bruit généré par une situation de pompage. [6] A cet effet, il est prévu, selon l'invention, un circuit d'admission d'un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur comportant un compresseur et un clapet de décharge agencé de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'aval du compresseur avec l'amont du compresseur, le circuit d'admission comprenant en outre, montés en série entre le clapet de décharge et l'amont du compresseur, un accumulateur et une vanne d'échappement. [7] Ainsi, le fait que le clapet de décharge permette une communication fluidique entre l'aval du compresseur du turbocompresseur et un accumulateur, qui est une enceinte à volume fermé, permet de réaliser une décharge non plus à l'air libre comme précédemment mais dans une enceinte fermée présentant un volume prédéfini permettant de maîtriser le jet gazeux produit par la décharge et donc de maîtriser le bruit de décharge causé par ce jet gazeux. [8] Avantageusement, mais facultativement, le circuit d'admission présente au moins l'une des caractéristiques techniques supplémentaires : - la vanne d'échappement est agencée de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'accumulateur et une entrée d'un filtre à air situé en aval du compresseur, - la vanne d'échappement est agencée de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'accumulateur et une entrée du compresseur, - la vanne d'échappement est une vanne trois voies agencée de sorte à soit isoler l'accumulateur de l'amont du compresseur, soit connecter fluidiquement l'accumulateur et l'entrée du compresseur, soit à connecter fluidiquement l'accumulateur et l'entrée du filtre d'air, - la vanne d'échappement est une électrovanne, - le circuit d'admission comportant une vanne papillon montée en parallèle avec le clapet de décharge et définissant un volume d'air V1 situé entre le compresseur et la vanne papillon, l'accumulateur présente une contenance minimale fonction dudit volume d'air V1 et d'un rapport de chute de pression dudit volume d'air V1 lorsque le clapet de décharge connecte fluidiquement l'aval du compresseur avec l'accumulateur, et - la contenance minimale de l'accumulateur est égale au volume d'air V1 pour un rapport de chute de pression de moitié. [009] Il est aussi prévu, selon l'invention, un moteur à combustion interne comportant un circuit d'admission présentant au moins l'une des caractéristiques précédentes. [0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention aux dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne suralimenté comportant un circuit d'admission selon l'art antérieur, et - la figure 2 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne comportant un circuit d'admission selon l'invention. [0011] En référence à la figure 1, nous allons décrire un moteur à combustion interne 4 équipé d'un circuit d'admission selon l'art antérieur. Le circuit d'admission d'un moteur à combustion interne 4 comporte, montés en série, un filtre à air 8 dont une sortie est reliée à une entrée d'un compresseur 13 d'un turbocompresseur 1. En aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1 est positionné un radiateur d'air de suralimentation 2, à une sortie duquel est positionné un boîtier papillon 3 qui permet de réguler le débit d'air d'admission et de le répartir aux différents cylindres du moteur à combustion interne 4. Positionné entre le radiateur d'air de suralimentation 2 et le boîtier papillon 3, le circuit d'admission selon l'art antérieur comporte un clapet de décharge 7 qui est donc monté en parallèle avec le boîtier papillon 3. Ce clapet de décharge est lui-même reliée, au niveau d'une sortie, à l'entrée du filtre à air 8. Cela forme ainsi une branche de recirculation entre la sortie du radiateur d'air de suralimentation (et donc en aval du compresseur 13 et turbocompresseur 1) et le filtre à air 8 (et donc en amont du compresseur 13 du turbocompresseur 1). Ainsi, le clapet de décharge 7 permet de connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1 avec l'amont dudit compresseur 13. [0012] D'autre part, le moteur à combustion interne 4 comporte un circuit d'échappement 5 connu en soi qui permet de rediriger les gaz d'échappement issus de la combustion au sein du moteur de combustion interne 4 vers une turbine du turbocompresseur 1 et vers un catalyseur 6 pour enfin évacuer les gaz d'échappement à travers un pot d'échappement 9. [0013] En relation maintenant avec la figure 2, nous allons décrire un circuit d'admission selon l'invention pour un moteur à combustion interne 4. La différence entre le circuit d'admission selon l'invention et le circuit d'admission de l'art antérieur qui vient d'être décrit en relation avec la figure 1 consiste dans le fait que le clapet d'échappement 7 n'est plus connecté directement de manière fluidique avec l'entrée du filtre à air 8. En effet, la boucle de recirculation du circuit d'admission selon l'invention comporte, montés en série, le clapet d'échappement 7 dont une sortie est connectée fluidiquement avec un accumulateur 10 dont une sortie est connectée fluidiquement à une vanne d'échappement 11. La vanne d'échappement 11 est elle-même connectée fluidiquement, au niveau d'une sortie, avec l'amont du compresseur 13 du turbocompresseur 1. [0014] Dans une première variante de réalisation du circuit d'admission selon l'invention, la vanne d'échappement 11 comporte une seule sortie connectée à un conduit 13 permettant de connecter la sortie de la vanne d'échappement 11 avec l'entrée du filtre à air 8. [0015] Dans une deuxième variante de réalisation, telle qu'illustrée à la figure 2, la vanne d'échappement 11 comporte une deuxième sortie comprenant une deuxième conduite 12 permettant de connecter fluidiquement la deuxième sortie de la vanne d'échappement 11 avec l'entrée du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Dans cette deuxième variante de réalisation, la vanne d'échappement 11 est une vanne de type trois voies permettant de connecter fluidiquement l'entrée de la vanne d'échappement 11 connectée sur une sortie de l'accumulateur 10 vers, sélectivement, la conduite 13 ou la conduite 12. En pratique, la vanne d'échappement 11 permet soit d'isoler l'accumulateur 10 de l'amont du compresseur 13 du turbocompresseur 1, soit de connecter fluidiquement l'accumulateur 10 avec l'entrée du filtre à air 8, soit de connecter fluidiquement l'accumulateur 10 avec l'entrée du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Le choix de la position de la vanne d'échappement 11 est réalisé de manière conditionnelle. [0016] Dans une troisième variante de réalisation du circuit d'admission selon l'invention, la vanne d'échappement 11 comporte une seule sortie qui est directement connectée par la tubulure 12 à l'entrée du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Quelque soit la variante de réalisation du circuit d'admission selon l'invention, la vanne d'échappement 11 est une électrovanne. [0017] L'accumulateur 10 est un accumulateur dit à volume fermé. Ainsi, grâce au circuit d'admission selon l'invention, l'air sous pression se trouvant en aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1 est acheminé vers l'accumulateur 10 qui forme alors un accumulateur d'énergie. Le fait de conduire l'air sous pression responsable du bruit de pompage dans un tel accumulateur dit « à volume fermé » atténue considérablement le bruit de jet dû à la circulation de cet air sous pression au sein des différentes conduites en coopération avec une architecture de circuit d'admission selon l'art antérieur illustré à la figure 1 où la branche de recirculation débite cet air sous pression vers le filtre à air 8 qui, du fait qu'il communique avec l'air extérieur, induit un bruit de jet important. [0018] Ensuite, l'air sous pression en s'accumulant dans l'accumulateur 10 se décomprime en partie dans l'accumulateur 10 avant d'être réacheminé vers l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1 à travers la vanne d'échappement 11, soit directement vers l'entrée du compresseur 13 du turbocompresseur 1 ou soit directement à l'entrée du filtre à air 8. [0019] Un dispositif d'asservissement des fermetures et des ouvertures de l'accumulateur 10 est prévu et dont le comportement est conditionné par les différents modes de fonctionnement de la ligne d'admission selon l'invention comportant le turbocompresseur 1. Ce dispositif d'asservissement pilote la vanne d'échappement 11 ainsi que le clapet de décharge 7. [0020] En fonctionnement normal, l'air arrive dans le compresseur 13 du turbocompresseur 1 depuis le filtre à air 8. Le compresseur 13 du turbocompresseur 1 comprime l'air et l'envoi dans le radiateur d'air de suralimentation 2 avant que cet air sous pression n'entre dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne 4., via le boîtier papillon 3 Comme nous l'avons déjà dit, après une forte accélération, une levée de pied d'un conducteur d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne comportant un circuit d'admission suralimenté entraîne une mise en pression du circuit d'admission entre la sortie du compresseur 13 du turbocompresseur 1 et le boîtier papillon 3 qui gère le flux d'air admis au sein de la chambre de combustion du moteur à combustion interne 4. Dans cette situation, l'air sous pression cherche alors à se décomprimer, ce qu'il fait, en l'absence d'une boucle de circulation, en cherchant à repasser selon un chemin inverse dans le compresseur 13 du turbocompresseur 1. C'est ce mouvement de l'air sous pression qui créé la circulation de pompage au sein du circuit d'admission. Afin d'éviter ce phénomène, le clapet de décharge 7 est positionnée de sorte à libérer cet air sous pression au sein de la boucle de recirculation vers l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Dans un circuit d'admission de l'art antérieur, cette circulation de l'air sous pression au sein de la boucle de recirculation provoque un bruit de décharge ou de jet qui est éliminé, selon l'invention, par l'utilisation d'une boucle de recirculation comportant l'accumulateur 10. [0021] Ainsi, au lieu d'ouvrir et de conduire l'air comprimé vers l'entrée du filtre à air 8 à travers le clapet de décharge 7 et la branche de recirculation au lâché de pied, le circuit d'admission selon l'invention permet d'acheminer de l'air sous pression vers l'accumulateur 10 de façon à décomprimer en partie cet air sous pression avant de le renvoyer en aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Chaque fois que l'air sous pression est renvoyé vers l'accumulateur 10 par le clapet de décharge 7, l'accumulateur 10 est à pression atmosphérique. Au fur et à mesure que l'air sous pression ainsi renvoyé se décomprime dans l'accumulateur 10, la pression au sein dudit accumulateur 10 augmente. Donc au moment où la vanne d'échappement 11 est ouverte afin de permettre de renvoyer l'air ainsi décomprimé vers l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1, la pression de l'air décomprimé au sein de l'accumulateur 10 est inférieure à la pression de l'air sous pression qui passe à travers le clapet de décharge 7. De cette manière, il y a un jet de gaz au niveau de l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1 qui s'effectue sans provoquer de bruit de jet ou de décharge car l'air originellement sous pression a été décomprimé grâce à son passage au sein de l'accumulateur 10. [0022] Le principe du circuit d'admission selon l'invention est basé sur le fait que lorsque de l'air sous pression, responsable du pompage, est débité dans un accumulateur 10 présentant un volume non communiquant avec la pression extérieure (c'est-à-dire fermé), le bruit de jet est considérablement inférieur que dans le cas ou le même air sous pression est directement évacué dans le filtre à air 8, par exemple, qui, lui, est en communication permanente avec l'air extérieur et donc présente une pression atmosphérique (ce qui correspond à un volume ouvert ou infini). Afin de rendre ce bruit de jet inaudible au sein de l'habitacle d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne ayant une ligne d'admission selon l'invention, l'accumulateur 10 dit « à volume fermé » doit présenter un volume Vaccu idoine à cette fin. [0023] Pour déterminer ce volume Vaccu idoine, il faut considérer un premier volume d'air V, qui correspond au volume de la partie du circuit d'admission compris entre la sortie du compresseur 13 du turbocompresseur 1 et l'entrée du boîtier papillon 3 et du clapet de décharge 7 fermé. Un deuxième volume V2 est à considérer correspondant au volume de la partie du circuit d'admission selon l'invention compris entre la sortie du compresseur 13 du turbocompresseur 1 et l'entrée du boîtier papillon 3, d'une part, et, d'autre part, l'entrée de l'accumulateur 10 de volume Vaccu et l'entrée de la vanne d'échappement 11. La loi des gaz parfaits appliquée à ces volumes nous indique : -Pl*V1=n*R*T - P2 * V2 =n*R*T - où P, et P2 sont des pressions en Pa des volumes V, et V2 qui sont eux-mêmes exprimés en litres, n est le nombre de molécules d'air, R est la constante des gaz parfaits (8.314 J .mol-1) et T est la température en degré °K. [0024] Donc : 1. P2/ P = / V2 [0025] Pour empêcher la situation de pompage, il est souhaitable de baisser la pression d'un coefficient X qui correspond à un rapport de chute de pression désiré. Ainsi, P2 est égal à X * Pl. Idéalement, X est = à 0,5 et permet de ne plus avoir de bruit de jet. [0026] De là, nous en déduisons que 1. V2 = / X [0027] or 1. V2 = Vaccu + V1 [0028] ce qui conduit à ce que 1. Vaccu = ((1 / X) - 1 )*Vi [0029] Dans le cas idéal où X est égal à 0,5, cela nous conduit à une valeur de Va', égale à V1. [0030] Concernant maintenant les modes de fonctionnement de la ligne d'admission selon l'invention comportant le turbocompresseur 1, il en existe trois qui sont le mode pompage, le mode pleine charge et le mode faible charge ou de repos. Le dispositif d'asservissement de fermeture et d'ouverture du clapet de décharge 7, d'une part, et, d'autre part, de la vanne d'échappement 11 prend en compte les trois modes de fonctionnement de circuit d'admission selon l'invention comprenant le turbocompresseur 1. [0031] Dans le mode pompage, le dispositif d'asservissement va ouvrir le clapet de décharge 7 alors qu'il fermera la vanne d'échappement 11 de sorte à isoler la sortie de l'accumulateur 10 de l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1 tout en mettant en connexion fluidique l'accumulateur 10 avec l'aval du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Le mode pompage est déclenché par la fermeture du boîtier papillon 3 due à une levée de pied. [0032] Dans les deux autres modes de fonctionnement, le boîtier papillon 3 est ouvert et le dispositif d'asservissement ferme le clapet de décharge 7. [0033] Dans le cadre de la variante de réalisation illustré à la figure 2, pour le mode pleine charge, le dispositif d'asservissement ,positionne la vanne d'échappement 11 de sorte à fermer le conduit 13 et à ouvrir le conduit 12 de sorte à décharger l'accumulateur 10 directement à l'entrée du compresseur 13 du turbocompresseur 1. Pour le mode faible charge ou de repos, le dispositif d'asservissement positionne la vanne d'échappement 11 de sorte à fermer le conduit 12 et à ouvrir le conduit 13 de sorte à connecter directement l'accumulateur 10 à l'entrée du filtre à air 8. [0034] Si l'une des deux autres variantes de réalisation est considérée, le dispositif d'asservissement ouvre simplement la vanne d'échappement 11 afin de connecter fluidiquement la sortie de l'accumulateur 10 avec l'entrée du filtre à air 8 ou l'entrée du compresseur 13 du turbocompresseur 1 selon la variante de réalisation considérée et ce que mode soit pleine charge ou faible charge. [0035] Une telle structure du circuit d'admission selon l'invention permet de libérer la réalisation du circuit d'admission selon l'invention des contraintes sur les tolérances de réalisation des pièces qui composent la ligne d'admission donc un gain économique sur la réalisation des machines et des conduits mis en jeu dans la ligne d'admission du circuit d'admission selon l'invention (par exemple tolérance sur les roulements, sur les conduits). Cela permet aussi de supprimer les artifices hydrauliques qui permettraient de réduire le bruit de décharge ou de pompage généré, artifices hydrauliques de type tube quart d'ondes, de type volume d'Helmholtz, de type tube de Quincke, de type atténuateur, etc... L'utilisation d'un conduit d'admission selon l'invention permet un gain économique, un gain volumique, un gain de masse et des gains acoustiques et vibratoires par rapport à ces solutions alternatives. Au surplus, l'utilisation d'un circuit d'admission selon l'invention offre un gain de performance moteur. En effet, avec l'utilisation d'un tel conduit d'admission selon l'invention, il est possible de rapprocher une zone de fonctionnement du moteur à combustion interne 4 de la limite de pompage du turbocompresseur 1 et en conséquence à obtenir un gain de performance de l'ensemble du groupe motopropulseur ainsi équipé. [0036] Bien entendu, il est possible d'apporter l'invention de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.

Claims

REVENDICATIONS1. Circuit d'admission d'un moteur à combustion interne(4) comportant un turbocompresseur (1) comportant un compresseur (13) et un clapet de décharge (7) agencé de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'aval du compresseur avec l'amont du compresseur, caractérisé en ce qu'il comporte en outré, montés en série entre le clapet de décharge (7) et l'amont du compresseur (1), un accumulateur (10) et une vanne d'échappement (11).
2. Circuit d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne d'échappement est agencée de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'accumulateur (10) et une entrée d'un filtre à air (8) situé en aval du compresseur.
3. Circuit d'admission selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vanne d'échappement est agencée de sorte à connecter fluidiquement, de manière conditionnelle, l'accumulateur (10) et une entrée du compresseur.
4. Circuit d'admission selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la vanne d'échappement est une vanne trois voies de sorte à soit isoler l'accumulateur (10) de l'amont du compresseur (13), soit connecter fluidiquement l'accumulateur et l'entrée du compresseur, soit à connecter fluidiquement l'accumulateur et l'entrée du filtre à air.
5. Circuit d'admission selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne d'échappement (11) est une électrovanne.
6. Circuit d'admission selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, le circuit d'admission comportant une vanne papillon (3) montée en parallèle avec le clapet de décharge (7) et définissant un volume d'air V1 situé entre le compresseur et la vanne papillon, l'accumulateur présente une contenance minimale fonction dudit volume d'air V1 et d'un rapport de chute de pression dudit volume d'air V1 lorsque le clapet de décharge (7) connecte fluidiquement l'aval du compresseur avec l'accumulateur (10).
7. Circuit d'admission selon la revendication 6, caractérisé en ce que la contenance minimale de l'accumulateur (10) est égale au volume d'air V1 pour un rapport de chute de pression de moitié.
8. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'admission selon l'une des revendications 1 à 7.