FR3066229A1 - Dispositif et procede de suralimentation pour moteur thermique - Google Patents

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Abstract

Dispositif de suralimentation d'air pour moteur thermique comportant un compresseur (10), un boîtier papillon (12) dont l'entrée est raccordée à la sortie du compresseur. Il comporte une chambre de volume variable (V1) qui communique avec un conduit (13) raccordé entre le compresseur et le boîtier papillon.

Description

Dispositif et procédé de suralimentation pour moteur thermique
La présente invention concerne les dispositifs de suralimentation pour moteur thermique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif et un procédé de décharge d’un dispositif de suralimentation pour un moteur thermique, notamment pour un moteur thermique d’un véhicule automobile.
Lors du fonctionnement d’un moteur thermique suralimenté, certaines phases de fonctionnement de celui-ci nécessitent de faire chuter rapidement la pression de suralimentation fournie par un compresseur de suralimentation, notamment lorsque le conducteur relâche la pédale de gaz du véhicule. Cette phase est appelée phase de levé de pied.
Des moteurs suralimentés sont équipés d’une vanne de décharge située en aval du compresseur, qui renvoie l’air en sortie du compresseur vers l’entrée du compresseur.
On a représenté sur la figure 1 un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique suralimenté connu de l’état de la technique.
La figure 1 représente une ligne d’alimentation en air d’un moteur thermique suralimenté équipée d’une vanne de recirculation pneumatique. Cette ligne comprend un compresseur de suralimentation 2 dont l’entrée est reliée à un conduit libre 1. La sortie du compresseur est reliée par un conduit 3 à un boîtier papillon 4. La valeur de la pression dans le conduit 1 est égale à la pression atmosphérique Patm. Le boîtier papillon 4 est relié par un conduit 5 à un répartiteur d’admission 6 destiné à alimenter les cylindres du moteur thermique 7. L’entrée de pilotage d’une vanne de recirculation pneumatique 8 est reliée à la conduite 5. L’entrée de la vanne 8 est reliée à la conduite 3 et la sortie de la vanne 8 est reliée à la conduite 1.
Le compresseur 2 comprime l’air d’admission à la pression atmosphérique Patm à une pression PI. Lorsque le conducteur relâche la pédale de gaz du véhicule, le papillon situé dans le boîtier papillon 4 se ferme et obstrue le conduit 3. Il est nécessaire de faire chuter la pression PI en aval du compresseur 2 pour préserver la roue du compresseur. La vanne 8 est donc ouverte reliant ainsi le conduit 3 au conduit 1. La pression PI chute jusqu’à s’établir à la pression Patm.
Selon un autre mode de réalisation connu de l’état de la technique, la vanne de recirculation pneumatique est remplacée par une vanne de recirculation électrique, non reliée au conduit 5 de liaison entre le boîtier papillon 4 et le répartiteur d’admission 6, et qui est pilotée par une unité de traitement.
Une onde acoustique est générée lors de l’ouverture de la vanne de recirculation par la recirculation de l’air compressé à la pression PI dans la conduite 1 à la pression d’admission Patm. Cette onde remonte l’ensemble de la ligne d’admission d’air et est rayonnée par la bouche d’admission, puis transmise dans l’habitacle du véhicule automobile. Les passagers du véhicule entendent le bruit généré par cette onde dans l’habitacle à chaque ouverture de la vanne de recirculation.
Dans le but de réduire ou supprimer le bruit généré plusieurs approches ont été développées.
Une première approche repose sur l’optimisation du pilotage de l’ouverture de la vanne de recirculation. On pourra à cet égard se référer aux documents FR1562616 (non publié) et FR2986274.
Dans le document FR1562616, lors de la fermeture du papillon, on pilote une ouverture progressive de la vanne de recirculation en appliquant à ses bornes une tension de pilotage réduite par rapport à la tension correspondant à l’ouverture la plus rapide de la vanne.
Dans le document FR2986274, la vanne de décharge électrique s’ouvre quand une valeur de pression de suralimentation s’écarte d’une valeur prédéterminée.
Cependant, les procédés de pilotage de la vanne de recirculation décrits dans ces documents ne sont pas suffisamment efficaces. Ils amortissent peu le bruit et le coût de la vanne électrique est non négligeable.
Une seconde approche connue de l’état de la technique propose de supprimer la vanne de recirculation. On pourra à cet égard se référer aux documents FR2787141, US20130073 187 et FR3007073.
Le document FR2787141 divulgue un compresseur de suralimentation ne comprenant pas de vanne de recirculation, dans lequel on ouvre le papillon des gaz avec un retard par rapport à la détection de levé de pied.
Le document US2013/0073 187 divulgue une boucle fermée de régulation comprenant un capteur implanté en aval du compresseur et pilotant la fermeture progressive du papillon.
Le document FR3007073 divulgue un procédé de pilotage de la fermeture du papillon. Le papillon est piloté par la pression en amont du compresseur.
Cependant, ces procédés ne sont pas assez précis pour éliminer le bruit de décharge. Ils détériorent la qualité du freinage moteur du véhicule automobile et l’agrément de conduite. De plus, le pilotage du papillon est complexe à mettre en œuvre.
On pourra se référer à la demande de brevet non examinée FR1660498 qui prévoit un dispositif de dissipation de l’onde acoustique générée par l’ouverture de la vanne de recirculation incorporé entre un compresseur et un papillon des gaz. Il comprend un conduit de passage des gaz connecté au papillon des gaz du moteur, un orifice débouchant dans une enceinte fermée, des moyens d’obturation variable de tout ou partie dudit orifice et des moyens de pilotage des moyens d’obturation. L’enceinte fermée comprend une paroi poreuse, les moyens de pilotage étant prévus pour piloter les moyens d’obturation variable en fonction de l’angle d’ouverture du papillon.
Cette solution est complexe à mettre en œuvre.
Le but de l’invention est de pallier tout ou partie des inconvénients précités, liés aux dispositifs de suralimentation selon l’état de la technique.
Au vu de ce qui précède l’invention propose un dispositif de suralimentation d’air pour moteur thermique comportant un compresseur, un boîtier papillon dont la sortie est raccordée à la sortie du compresseur.
Selon une caractéristique du dispositif selon l’invention, il comporte une chambre de volume variable qui communique avec le conduit raccordé entre le compresseur et le boîtier papillon.
Selon une autre caractéristique, il comporte en outre un cylindre, dans lequel la chambre de volume variable est la première chambre du cylindre comportant une enveloppe et un piston mobile.
Avantageusement, le dispositif comporte en outre un répartiteur d’admission relié à la sortie du boîtier papillon et à la seconde chambre du cylindre.
De préférence, le cylindre est emmanché sur le conduit reliant la sortie du compresseur et l’entrée du boîtier papillon.
Selon une autre caractéristique, il comporte en outre un refroidisseur d’air dont l’entrée est reliée à la sortie du boîtier papillon et la sortie dudit refroidisseur d’air est reliée à l’entrée du répartiteur.
Avantageusement, le cylindre comporte un ou plusieurs ressorts, le ou les ressorts reliant le piston à l’une des extrémités du cylindre.
De préférence, le piston est piloté électroniquement par un dispositif de contrôle. L’invention a également pour objet un véhicule automobile à moteur thermique comportant un dispositif de suralimentation tel que défini ci-dessus. L’invention a aussi pour objet un procédé de décharge d’un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique comprenant un compresseur, un boîtier papillon et un cylindre comportant un piston délimitant deux chambres de volume variable, la sortie du compresseur étant reliée par un conduit à l’entrée du boîtier papillon, une première chambre du cylindre étant reliée audit conduit, dans lequel lorsque le papillon est ouvert, le piston est immobile et, lorsque le papillon est fermé, le piston se déplace de façon à augmenter le volume de la première chambre du cylindre. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’état de la technique ; - La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique conforme à l’invention ; - La figure 3 montre un second mode de réalisation d’un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique conforme à l’invention ; et - La figure 4 montre un troisième mode de réalisation d’un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique conforme à l’invention.
On se réfère à la figure 2 qui illustre un premier mode de réalisation du dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’invention. Ce dispositif est destiné à être raccordé aux cylindres d’un moteur thermique. Un tel dispositif peut également être intégré à tout dispositif de mise en pression comprenant un dispositif de recirculation, ou à tout dispositif hydraulique générant des ondes acoustiques à haute fréquence.
Le dispositif de suralimentation comporte un compresseur 10, un boîtier papillon 12 comprenant un papillon, un refroidisseur d’air 14, un répartiteur 16 d’admission d’air dans les cylindres du moteur thermique 17, ici quatre cylindres, et un cylindre 18 disposé entre la sortie du compresseur et le répartiteur d’admission. L’entrée du compresseur 10 est alimentée en air frais par un conduit 11 débouchant vers l’extérieur et la sortie du compresseur est reliée à l’entrée du boîtier papillon 12 par l’intermédiaire d’un conduit 13.
Le compresseur 10 comprend une roue de compresseur, mais il peut s’agir de tout autre dispositif permettant de comprimer de l’air. Il comprime l’air d’admission à la pression Patm à une pression P2 dite pression de suralimentation, qui règne dans le conduit 13 de liaison entre le compresseur 10 et le boîtier papillon 12.
La sortie du boîtier papillon 12 est reliée à l’entrée du refroidisseur d’air 14 par l’intermédiaire d’un conduit 15. La sortie du refroidisseur d’air 14 est reliée à l’entrée du répartiteur d’admission 16.
Un piquage sur le conduit 13 relie la sortie du compresseur 10 à une première chambre du cylindre 18 par l’intermédiaire d’un conduit 20. Le second conduit 17 relie une seconde chambre du cylindre 18 au répartiteur 16.
Le cylindre 18 peut être de forme quelconque, notamment de forme cylindrique. Il comporte une enveloppe 22, un piston 21 coulissant dans l’enveloppe 22 pour définir les deux chambres de volume variable et un ou plusieurs ressorts 23 de rappel disposés entre ce piston et l’enveloppe. L’enveloppe 22 comporte deux extrémités 22a et 22b. L’extrémité 22a comporte une ouverture qui est reliée au conduit 20. L’extrémité 22a et le piston 21 délimitent une première chambre du cylindre 18 de volume VI. L’extrémité 22b comporte une ouverture qui est reliée au conduit 17. L’extrémité 22b et le piston 21 délimitent une seconde chambre du cylindre 18 de volume V2. Une première extrémité des ressorts 23 est reliée au piston 21 et la seconde extrémité des ressorts 23 est reliée à l’extrémité 22b de l’enveloppe.
Les ressorts 23 travaillent en compression et sont dimensionnés de telle sorte que le volume VI soit nul lorsque la valeur de la pression dans les conduits 17 et 20 est égale à la pression de suralimentation P2. Le déplacement du piston 21 dans l’enveloppe 22 est commandé par l’équilibre des pressions dans chacune des chambres du piston 18 et la précontrainte générée par les ressorts 23.
En fonctionnement, le compresseur 10 comprime de l’air à la pression atmosphérique Patm et délivre à sa sortie de l’air comprimé à la pression de suralimentation P2 supérieure à la pression Patm. Les conduits 13 et 20 ainsi que la première chambre VI sont à la pression P2.
En pleine charge, le papillon dans le boîtier papillon 12 est ouvert. Les pertes de charge générées par le boîtier papillon 12 et le refroidisseur d’air 14 sont négligeables. Par conséquent, la pression P3 dans le répartiteur 16, dite aussi pression de collecteur, est égale à la pression P2. Les pressions dans les deux chambres du cylindre 18 sont égales. Comme les ressorts 23 sont dimensionnés de façon que le volume VI soit nul, le volume VI reste nul.
En phase de levé de pied, la fermeture du papillon dans le boîtier papillon 12 réduit la pression P3 dans le répartiteur 16. Lorsque la force générée par la pression P2 sur le piston 21 devient supérieure à la force générée par les ressorts 23, le piston 21 se déplace et crée un volume VI non nul.
Par conséquent, le volume additionnel créé VI vient s’ajouter au volume du conduit 13 situé en aval du compresseur 10. La pression de suralimentation P2 est réduite.
Le cylindre 22 est dimensionné de telle manière que la pression P2 dans le conduit soit inférieure à 1.4 bar lorsque le volume VI est maximal. Le bruit de pompage généré par le piston est alors acceptable.
Avantageusement, la fonction de la vanne de recirculation est remplacée par le volume additionnel crée VI tout en évitant le pompage par conservation partielle du débit d’air. Il permet de réduire la pression de suralimentation P2. On évite ainsi que le bruit soit transmis en amont du compresseur et jusqu’à la prise d’air du moteur.
Afin de réduire le volume VI requis pour que la pression P2 soit inférieure à 1.4 bar lors de la fermeture du papillon, le boîtier papillon 12 est placé en amont du refroidisseur d’air 14. Cela permet de réduire l’encombrement du piston 18.
On se réfère à la figure 3 qui illustre un second mode de réalisation du dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’invention. Les éléments identiques à ceux décrits dans le premier mode de réalisation sont identifiés par les mêmes références numériques.
Sur cette figure, on reconnaît le boîtier papillon 12, le refroidisseur d’air 14 et le répartiteur 16 destiné à alimenter les cylindres du moteur 19. Les composants sont agencés comme décrit dans le mode de réalisation précédent.
Un conduit 25 relie la sortie du compresseur 10 à l’entrée du boîtier papillon 12. Le conduit 25 comporte des ouvertures annulaires.
Le dispositif comprend un cylindre 26 emmanché sur le conduit 25.
Le cylindre 26 peut être de forme quelconque, notamment de forme cylindrique. Il comporte une enveloppe 27 et un piston 28 coulissant dans l’enveloppe 27. Il comporte en outre un ou plusieurs ressorts 29. L’enveloppe 27 comporte deux extrémités 27a et 27b et une butée 30. L’extrémité 27a et le piston 28 délimitent une première chambre du cylindre 26 de volume V3. La course du piston est limitée par la butée 30. La butée 30 est positionnée de telle manière que le volume V3 est non nul et que les ouvertures annulaires du conduit 25 communiquent avec la chambre V3 lorsque le piston bute contre la butée 30. L’extrémité 27b comporte une ouverture reliée au répartiteur 16 par l’intermédiaire d’un conduit 30.
Une première extrémité des ressorts 29 est reliée au piston 28 et la seconde extrémité des ressorts 29 est reliée à l’extrémité 27a du piston 28. Les ressorts 29 travaillent en traction.
Selon un autre mode de réalisation, la première extrémité des ressorts 29 est reliée au piston 28 et la seconde extrémité des ressorts 29 est reliée à l’extrémité 27b du piston 28. Les ressorts 29 travaillent en compression.
Cette disposition du cylindre 26 permet d’optimiser l’encombrement du dispositif de suralimentation, pour notamment faciliter son intégration dans le compartiment moteur d’un véhicule automobile.
Les deux modes de réalisation décrits ne nécessitent pas de pilotage électronique. Ils sont aisés à mettre en œuvre.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, non représenté, le piston 21 et 28 est piloté électroniquement par un dispositif de contrôle. Ce pilotage permet d’ajuster la position du piston 21 et 28 dans le cylindre 18, 26 selon les conditions de fonctionnement. Par conséquent, les volumes VI et V3 sont adaptés aux conditions de fonctionnement du moteur thermique.
Les dispositifs de suralimentation décrits réduisent le volume du répartiteur d’admission 16. Par conséquent, ils ralentissent la chute de pression dans le répartiteur 16. Ce décalage de la chute de pression détériore faiblement le freinage moteur et l’agrément de conduite lors de la phase de levé de pied.
On se réfère à présent à la figure 4, qui illustre un troisième mode de réalisation du dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’invention. Les éléments identiques à ceux décrits dans les deux premiers modes de réalisation sont identifiés par les mêmes références numériques.
Dans ce mode de réalisation, lors de la phase de levé de pied, le volume du répartiteur d’admission n’est pas réduit. Par conséquent, lors de la phase de levé de pied, le freinage moteur et l’agrément de conduite ne sont pas détériorés.
Selon ce mode de réalisation, le dispositif de suralimentation comprend le compresseur 10, le boîtier papillon 12, le refroidisseur d’air 14 et un répartiteur d’admission 34 destiné à alimenter les cylindres du moteur 19.
Les composants identiques à ceux décrits dans les deux premiers modes de réalisation sont agencés comme décrit dans le premier mode de réalisation précédemment décrit.
La sortie du refroidisseur d’air 14 est reliée à l’entrée du répartiteur d’admission 34.
La seconde extrémité du conduit 20 est reliée à un cylindre 35.
Le cylindre 35 peut être de forme quelconque, notamment de forme cylindrique. Il comporte une enveloppe 36, un piston 37 coulissant dans l’enveloppe 36. L’enveloppe 36 comporte deux extrémités 36a et 36b. L’extrémité 36a comporte une ouverture qui est reliée au conduit 20. L’extrémité 36a et le piston 37 délimitent une première chambre du cylindre 35 de volume V4. L’extrémité 36b et le piston 37 délimitent une seconde chambre du cylindre 35 de volume V5.
Le déplacement du piston 37 dans l’enveloppe 36 est commandé par une unité de traitement 38. Par exemple, l’unité de traitement est réalisée à partir d’un microprocesseur, mais il peut s’agir de tout dispositif apte à commander le piston 37. Il peut notamment s’agir d’un microcontrôleur.
Bien entendu, comme décrit précédemment, selon un autre mode de réalisation, le cylindre 35 est emmanché sur le conduit reliant la sortie du compresseur 10 et l’entrée du boîtier papillon 12.
En fonctionnement, le compresseur 10 comprime de l’air à la pression atmosphérique Patm et délivre à sa sortie de l’air comprimé à la pression P2 supérieure à la pression Patm. Les conduits 13 et 20 sont à la pression P2.
En phases de pleine charge, le papillon dans le boîtier papillon 12 est ouvert. Les pertes de charge générées par le boîtier papillon 12 et le refroidisseur d’air 14 sont négligeables. Par conséquent, la pression de collecteur P3 dans le répartiteur 34 est égale à la pression de suralimentation P2. L’unité de traitement 38 pilote le piston 37 de telle sorte que le volume V4 du cylindre 35 est nul.
En phase de levé de pied, l’unité de traitement 38 pilote le piston 37 de telle sorte que le volume V5 du cylindre 35 est nul. Par conséquent, le volume V4 est égal à son volume maximal. Le volume du conduit 13 en aval du compresseur est augmenté du volume V4. Par conséquent, la pression de suralimentation P2 est réduite.
Le volume V4 du cylindre 34 est dimensionné de telle sorte que la pression P2 dans le conduit soit inférieure à 1.4 bar lorsque le volume V4 est maximal. Le bruit de pompage généré par le piston est alors acceptable.
Les dispositifs de suralimentation qui viennent d’être décrits ne nécessitent pas de vanne de recirculation. Par conséquent, le coût des dispositifs décrits est réduit et ils sont plus fiables et plus aisés à mettre œuvre que ceux connus. L’énergie fournie par le compresseur 10 lors de la phase de levé de pied est stockée sous forme de pression dans les cylindres 18, 26 et 35. Lors de la relance du moteur thermique en phase de pleine charge, l’énergie stockée est restituée au moteur thermique par l’intermédiaire du répartiteur d’air 16, 34. Par conséquent, la capacité de relance du véhicule est améliorée.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de suralimentation d’air pour moteur thermique comportant un compresseur (10), un boîtier papillon (12) dont l’entrée est raccordée à la sortie du compresseur, caractérisé en ce qu’il comporte une chambre de volume variable (VI, V3, V4) qui communique avec un conduit (13) raccordé entre le compresseur et le boîtier papillon.
  2. 2. Dispositif de suralimentation selon la revendication 1, comportant en outre un cylindre (18, 26, 35), dans lequel la chambre de volume variable (VI, V3, V4) est la première chambre du cylindre comportant une enveloppe (22, 27, 36) et un piston (21, 28, 37) mobile.
  3. 3. Dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon la revendication 2, comprenant en outre un répartiteur d’admission (16) relié à la sortie du boîtier papillon (12) et à la seconde chambre du cylindre (18, 26).
  4. 4. Dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le cylindre (18, 26, 35) est emmanché sur le conduit (25) reliant la sortie du compresseur (10) et l’entrée du boîtier papillon (12).
  5. 5. Dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’une des revendications 3 et 4, comprenant en outre un refroidisseur d’air (14) dont l’entrée est reliée à la sortie du boîtier papillon (12) et la sortie dudit refroidisseur d’air est reliée à l’entrée du répartiteur (16, 34).
  6. 6. Dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le cylindre (18, 26) comporte un ou plusieurs ressorts (23, 29), le ou les ressorts reliant le piston (21, 28) à l’une des extrémités du cylindre.
  7. 7. Dispositif de suralimentation d’un moteur thermique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le piston (21, 28, 37) est piloté électroniquement par un dispositif de contrôle.
  8. 8. Véhicule automobile à moteur thermique, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de suralimentation pour moteur thermique selon l’une des revendications 1 à 7.
  9. 9. Procédé de décharge d’un dispositif de suralimentation d’un moteur thermique comprenant un compresseur (10), un boîtier papillon (12) et un cylindre (18, 26, 35) comportant un piston (21, 28, 37) délimitant deux chambres de volume variable, la sortie du compresseur étant reliée par un conduit (13, 25) à l’entrée du boîtier papillon, une première chambre du cylindre étant reliée audit conduit, caractérisé en ce que lorsque le papillon est ouvert le piston est immobile et lorsque le papillon est fermé le piston (21, 28, 35) se déplace de façon à augmenter le volume (VI, V3, V4) de la première chambre du cylindre.
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