WO2012114006A1 - Procédé et dispositif d'alimentation en air d'un moteur pneumatique-thermique - Google Patents

Procédé et dispositif d'alimentation en air d'un moteur pneumatique-thermique Download PDF

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method and an air supply device for a hybrid pneumatic-thermal engine.
  • a turbocharger is used to recover a portion of the energy of the engine exhaust gases. thermal.
  • the turbocharger turbine driven by the exhaust gas, operates a compressor that compresses the air admitted into the engine cylinders.
  • the reaction of the turbocharger to deliver extra torque is relatively slow.
  • the turbocharger only works well when the engine is running. It therefore provides no assistance for the restart of the engine when the vehicle is equipped with a system for stopping and restarting the engine automatically.
  • hybrid engines have been developed.
  • the best known are hybrid engines of the electric-thermal type. These motors require one or more battery (s) for storage of electrical energy.
  • these batteries are expensive, heavy and difficult to recycle.
  • An alternative solution to assist the heat engine is to use a hybrid pneumatic-thermal engine.
  • This type of engine consists of a heat engine to which a tank of compressed air has been added.
  • This type of motor is for example described in patent applications FR 2 865 769 and WO 2009036992.
  • Patent application FR 2 865 769 relates more particularly to a turbocharged supercharger hybrid-pneumatic engine.
  • a turbocharged supercharger hybrid-pneumatic engine In order to increase the torque supplied by the motor, it is injected into the combustion chambers during the compression phase of the cycle.
  • a four-stroke engine from a compressed air tank, an additional amount of air sufficient to instantly obtain the requested engine torque.
  • the compressed air tank can be filled during the compression phase of the usual cycle of a four-stroke engine and preferably during the braking phases of the vehicle (engine brake).
  • engine brake engine brake
  • patent application FR 2 932 034 discloses a generator based on an electroactive polymer disposed between the vehicle body and the engine. The deformation of the polymer, due to the vibrations of the motor, transforms part of the vibrational energy into electrical energy.
  • the present invention relates to a method for supplying air to a hybrid tire-heat engine of a vehicle, said hybrid engine comprising a combustion engine equipped with combustion chambers and a compressed air reservoir which can be communicating with said combustion chambers so as to inject compressed air into said chambers.
  • the vibrational energy due to the vibrations of the operating thermal engine is converted into pneumatic energy and that said pneumatic energy is stored in said reservoir
  • the compressed air from said tank can be injected between the compressor and the combustion chambers, and when said heat engine comprises a heat exchanger for to cool the air admitted into the combustion chambers, said compressed air can be injected between said compressor and said heat exchanger.
  • the compressed air from said reservoir can be injected upstream of said supercharger.
  • the compressed air can be injected into the combustion chambers when the engine is stopped and must be restarted or needs to provide extra torque.
  • the invention also relates to a device for supplying air to a combustion engine of a vehicle comprising combustion chambers, each of them comprising at least one air intake valve, at least one exhaust valve and at least one charge valve, an air box connected to the combustion chambers by an air intake manifold, a compressed air tank provided with an inlet and an outlet.
  • said feed device further comprises:
  • means for converting the energy due to the vibrations of the engine into operation in pneumatic energy said means being connected to the inlet of the tank by at least one pipe so as to store the pneumatic energy in the tank, and
  • Said energy conversion means due to vibration advantageously comprise at least one compressor interposed between the vehicle body and the engine.
  • said compressor comprises an inlet for sucking air coming from the outside and an outlet through which the compressed air leaves by the compressor, said outlet being connected to said air reservoir compressed.
  • the compressor may be for example a membrane compressor or a bellows compressor.
  • Said means for supplying the pneumatic energy to the motor may comprise a pipe connecting the outlet of said tank to the air intake manifold.
  • the engine is supercharged and therefore equipped with a turbocharger
  • said means for supplying the pneumatic energy to the engine can then comprise a pipe connecting the outlet of the compressed air tank to the compressor inlet of the turbocharger.
  • the means for supplying the pneumatic energy to the engine may comprise a pipe connecting the outlet of the tank between the supercharger and the air intake manifold.
  • said means for supplying the pneumatic energy to the engine may comprise a pipe connecting the outlet of the tank between the supercharger and the engine. 'heat exchanger.
  • FIGS. 1 and 2 show examples of shims for fixing a heat engine to the vehicle body, FIG. 1 for a transverse shim and FIG. 2 for a vertical shim.
  • FIG. 3 diagrammatically shows the attachment with shims of the heat engine-gearbox assembly to the vehicle body
  • FIG. 4 illustrates the operation of a membrane compressor
  • FIGS. 5 and 6 schematically represent membrane compressors
  • FIG. 7 illustrates the air circuit of a heat engine, without energy recovery
  • FIGS. 8 and 9 schematically represent two embodiments of the air circuit of a hybrid pneumatic-thermal engine equipped with a turbocharger and a system for recovering the vibrational energy of the heat engine,
  • FIG. 10 schematically represents an embodiment of the air circuit of a hybrid pneumatic-thermal engine provided with a system for recovering the vibrational energy of the heat engine without supercharging
  • FIG. 1 1 shows in section a part of a hybrid pneumatic-thermal engine.
  • the power train (engine and gearbox) of a vehicle is fixed to the vehicle body by shims.
  • the engine is usually suspended at the cash desk.
  • the heat engine vibrates and the shims not only have the function of securing the engine to the vehicle body but also to filter these vibrations.
  • These shims therefore comprise a filtering part, generally made of rubber.
  • Figures 1 and 2 illustrate two embodiments of these wedges.
  • the term "engine” will mean indifferently the engine or the powertrain consisting of the engine and the gearbox.
  • Figure 1 which shows in vertical section a transverse shim 10, the latter is interposed between the body 1 1 of a vehicle and the engine not shown.
  • a piece 12, integral with the motor is screwed to a compression cup 13.
  • the head of a stud 14 is trapped in the part 12 so as to secure the stud 14 with the engine.
  • the stud 14 has at its lower end a shoulder 15 which can abut against the flared portion 16 of the part 1 1, thus limiting the longitudinal movements of the stud, along the longitudinal axis 17.
  • One or more flexible wedges 18, generally rubber, is (or are) interposed (s) between the compression cup 13 and the flared portion 16, which dampens the movements of the engine and avoids transmitting the engine vibrations to the body (movements of the parts 12 and 13 solidaires engine relative to the parts 1 1 and 16 integral with the body).
  • This embodiment is particularly well suited to the filtration of transverse vibrations with respect to the longitudinal axis 17.
  • FIG. 2 Another shim embodiment is shown diagrammatically in FIG. 2, an embodiment that is particularly well suited for filtering vertical vibrations. It comprises a flexible material 20, rubber for example, inserted between two parts 21 and 22 secured respectively to the engine and the vehicle body. A pin 23 allows relative movement of the parts 21 and 22 relative to each other in the vertical direction represented by the axis 24.
  • the fixing wedges of the heat engine are replaced by means making it possible to convert the vibrational energy of the motor into pneumatic energy.
  • FIG. 3 illustrates the attachment of the powertrain, consisting of the heat engine 30 and the gearbox 31, by means 32 and 33 making it possible, on the one hand, to make the power unit 30 and 31 integral with the body 34 of the vehicle and, on the other hand, to transform the vibrational energy of the engine into pneumatic energy.
  • These means 32 and 33 illustrated in Figure 3 are identical and each comprise a compressor 35 which compresses the air sucked outside the vehicle, the compressed air is then stored in a tank.
  • Figure 4 schematically illustrates the operation of a membrane compressor.
  • the latter comprises an enclosure 40 provided with a flexible wall 41, an air inlet 42 provided with a valve 43 and an outlet 44 provided with a valve 45.
  • the fixed parts of the compressor for example the wall 46 of the enclosure 40, are integral with the vehicle body while the membrane is integral with the engine.
  • the valve 43 lets in the air through the inlet 42 but prevents its exit, whereas the valve 45 lets out the air when the pressure in the chamber 40 reaches a predetermined pressure.
  • the pressure in the enclosure 40 varies in function of the movements of the flexible wall 41, movements due to vibration of the motor.
  • other types of compressor could be used, for example bellows compressors, the movements of the bellows being caused by the vibrations of the engine.
  • Figures 5 and 6 schematically show a diaphragm compressor.
  • the compressor 50 comprises two chambers 51 and 52 separated by a wall 53. The latter is pierced with two orifices 54 and 55, one (54 for example) for admitting air into the chamber 51 while the other (55) serves to expel the compressed air into the chamber 51.
  • the latter is closed by a piston 56 integral with the engine, the piston moving according to the vibrations of the engine.
  • Room 52 is capped by a hat 57.
  • the compressor 60 comprises two chambers 61 and 62 separated by a partition 63.
  • a wall of the chamber 61 is constituted by a piston 64 provided with a rod 65, which can move in the direction of the arrow 66.
  • the rod 65 is mechanically connected to the engine of the vehicle so that the vibrations of the engine are transmitted to the rod 65 and therefore to the piston 64 which moves accordingly according to motor vibration.
  • the chamber 61 is in communication with the chamber 62 by two valves (or flap valves) 67 and 68, one 67 allowing air (arrow 69a) to enter the chamber 61 and the other 68 leaving escape the air (arrow 69b) from the room 61 when the pressure in this chamber reaches a predetermined value. Measurements have shown that the displacement of the rod 65 in the direction of the arrow 66 may be of the order of 10 or 15 mm.
  • FIG. 7 shows schematically the conventional air circuit of a supercharged engine (so with a turbocharger), without recovery of vibrational energy.
  • the air intake circuit 70 successively comprises an air box 71 through which air outside the vehicle is sucked, a supercharger compressor 72 and a heat exchanger 73, the latter being generally a compressed air cooler .
  • the compressed air enters the combustion chambers 74 of a heat engine 75 via an intake manifold 76.
  • the flue gases exit through an exhaust manifold 77 successively comprising a turbine 78 of a turbocharger, one or more post-treatment elements 79 of the flue gases and a silencer 80.
  • FIGS. 8 and 9 schematically show the circuit of Figure 7 (the same elements being indicated by the same reference numerals), but modified to show a hybrid pneumatic-thermal engine according to the invention.
  • the circuits of FIGS. 8 and 9 are equipped with at least one vibrational energy recovery device mainly comprising an air compressor.
  • FIGS. 8 and 9 show the air box 71, the supercharger compressor 72, the heat exchanger 73, the air intake manifold 76, the heat engine 75, the exhaust manifold 77, the turbine 78 (turbocharger turbine), the aftertreatment elements 79 and the silencer 80.
  • the pneumatic-thermal hybrid engine 81 is mainly composed of the heat engine 75 to which a compressed air reservoir 82 has been added.
  • the circuit comprises in addition to at least one air compressor 83 or 84 located in place of the vehicle engine mounting wedges.
  • This compressor which can be similar to that shown in FIG. 6, thus has a dual function: the maintenance of the motor and the transformation of the vibrational energy generated by the vibrations of the thermal engine in pneumatic energy.
  • each of the compressors 83 or 84 is connected in the same way: the outlet 85 of the compressor 83 is connected by a pipe 86 to the inlet 87 of the compressed air reservoir 82 and the inlet 88 of the compressor 83 is connected by a pipe 89 at the exit 90 of the air box 71, between the air box 71 and the compressor 72 of the turbocharger.
  • the outlet 91 of the compressor 82 is connected to the outlet 92 of the supercharger 72 by means of a line 93, between the compressor 72 and the heat exchanger 73.
  • part of the fresh air coming from the air box 71 is sucked by the compressor 83, which compresses the air, then the compressed air is accumulated in the reservoir 82 , as in the embodiment of FIG. 8.
  • the compressed air coming from the tank 82 is conveyed, by means of a pipe 90, to the intake circuit, no longer downstream, but upstream of the compressor 72 of the turbocharger, between the air box 71 and the compressor 72.
  • FIG. 10 shows an embodiment of a supercharged non-supercharged hybrid-pneumatic engine 105, thus without the supercharging compressor 72 nor the turbine 78 of the embodiments of FIGS. 8 and 9.
  • the air box 71 through which the air is sucked and filtered, the air intake manifold 76, the exhaust manifold 77, the post-processing elements 79 and the silencer 80.
  • at least one of the engine mounting wedges at the vehicle body comprises a compressor, for example a diaphragm compressor as shown diagrammatically in FIG. 6.
  • the inlet 100 of the compressor 83 is connected at the exit of the air box 71 by a pipe 101.
  • the outlet 102 of the compressor is connected to the tank 82 via the pipe 86 and the outlet 103 of the tank 82 is connected to the intake manifold 76 via a pipe 104.
  • Part of the fresh air sucked by the air box is thus conveyed to the compressor 83, which compresses the air and the compressed air is directed to the compressed air reservoir 82 before being injected into the combustion chambers of the atmospheric combustion engine 105.
  • the management of the boost parameters and the compressed air pressure is performed from engine operation maps. These maps can be done on the test bench.
  • a computer for example the on-board computer of the vehicle, manages the operation of the pneumatic-thermal engine, in particular according to the pressure of compressed air in the tank 82.
  • the capacity of the compressed air tank 82 may for example be between 10 and 50 liters.
  • FIG. 11 depicts schematically and in cross-section a part of a hybrid thermal-pneumatic engine 1 10.
  • the engine 1 10 comprises a cylinder casing 1 1 1 closed by a cylinder head 1 12.
  • a cylinder block with a jacket 1 13 and a piston 1 14 delimit a combustion chamber 1 15 which can be closed or opened by valves: in the example shown, the engine comprises, per cylinder, an intake valve 1 16 and a valve
  • the hybrid engine comprises a compressed air tank 1 18 which can communicate with the combustion chamber 1 15 by via a pipe 1 19 and a valve 120, called the charge valve.
  • the operation of such a hybrid thermal-thermal engine is well known and described for example in the patent application FR 2,865,769, filed on 30/01/2004 and published on 05/08/2005.
  • the tank 1 18 can be filled with compressed air, generally between 10 and 20 bar, for example during the compression phase of the conventional four-stroke cycle of a heat engine or by recovering energy at the same time. braking the vehicle by not injecting fuel into the cylinders and compressing the air injected into the cylinders. The compressed air is then stored in the tank 1 18.
  • the latter is the equivalent of the tank 82 shown in Figures 8, 9 and 10.
  • compressed air is obtained by converting the vibration energy of the heat engine into pneumatic energy by replacing at least one of the flexible engine attachment wedges with a compressor operating by virtue of the engine vibrations, and the compressed air thus obtained is stored in the tank 1 18.
  • the latter is thus connected to the air intake circuit and to the compressor (s) of the engine engine mounting shims in the manner indicated in the figures 8 to 10.
  • the increase in power provided to the heat engine by the pneumatic assistance can be used to quickly obtain more torque ("boost" effect).
  • the compressed air tank can be used to restart the engine, the compressed air injected into the cylinders then rotating the crankshaft. In this case, it is a mode of operation without combustion.
  • An engine according to the present invention can be used even if there is no braking period (outside a traffic in the city, for example on the motorway).
  • the invention makes it possible to achieve fuel economy and to reduce the release of carbon dioxide into the atmosphere. This decrease depends on the sizing of the compressed air reservoir and the compressor (s).

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'alimentation en air d'un moteur hybride pneumatique-thermique (81 ) d'un véhicule, ledit moteur hybride comportant un moteur thermique muni de chambres de combustion (74) et d'un réservoir d'air comprimé (82) qui peut être mis en communication avec lesdites chambres de combustion de façon à injecter de l'air comprimé dans lesdites chambres. Selon l'invention: - l'énergie vibrationnelle due aux vibrations du moteur thermique en fonctionnement est convertie en énergie pneumatique et - ladite énergie pneumatique est stockée dans ledit réservoir.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN AIR D'UN MOTEUR PNEUMATIQUE - THERMIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'alimentation en air d'un moteur hybride pneumatique-thermique.
De façon à diminuer la consommation en carburant des moteurs thermiques et à augmenter leur rendement, plusieurs solutions ont été proposées et certaines sont déjà utilisées commercialement Ainsi, un turbocompresseur est utilisé afin de récupérer une partie de l'énergie des gaz d'échappement des moteurs thermiques. La turbine du turbocompresseur, actionnée par les gaz d'échappement, fait fonctionner un compresseur qui comprime l'air admis dans les cylindres du moteur. Cependant, lorsque le moteur fournit un couple faible, la réaction du turbocompresseur pour délivrer un supplément de couple est relativement lente. De plus, le turbocompresseur ne fonctionne bien entendu que lorsque le moteur est en marche. Il ne procure donc aucune assistance pour le redémarrage du moteur thermique lorsque le véhicule est équipé d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur.
D'autre part, des moteurs hybrides ont été développés. Les plus connus sont des moteurs hybrides du type électrique-thermique. Ces moteurs nécessitent une ou plusieurs batterie(s) pour le stockage de l'énergie électrique. Cependant, ces batteries sont onéreuses, lourdes et difficiles à recycler.
Une solution alternative pour assister le moteur thermique consiste à utiliser un moteur hybride pneumatique-thermique. Ce type de moteur se compose d'un moteur thermique auquel un réservoir d'air comprimé a été ajouté. Ce type de moteur est par exemple décrit dans les demandes de brevet FR 2 865 769 et WO 2009036992.
La demande de brevet FR 2 865 769 concerne plus particulièrement un moteur hybride pneumatique-thermique à suralimentation par turbocompresseur. Afin d'accroître le couple fournit par le moteur, on injecte dans les chambres de combustion, lors de la phase de compression du cycle habituel d'un moteur thermique à quatre temps, à partir d'un réservoir d'air comprimé, une quantité supplémentaire d'air suffisante pour obtenir instantanément le couple moteur demandé. Le réservoir d'air comprimé peut être rempli lors de la phase de compression du cycle habituel d'un moteur quatre temps et préférentiellement pendant les phases de freinage du véhicule (frein moteur). De ce fait, l'efficacité énergétique du procédé est très performante pour les utilisations en ville (nombreuses phases de freinage permettant de récupérer de l'énergie dans le réservoir) et moins performante sur circuit autoroutier (pour des raisons opposées).
D'autre part, il est connu de récupérer l'énergie due aux vibrations d'un moteur thermique. Par exemple, la demande de brevet FR 2 932 034 décrit un générateur à base d'un polymère électroactif disposé entre la caisse du véhicule et le moteur. La déformation du polymère, due aux vibrations du moteur, transforme une partie de l'énergie vibrationnelle en énergie électrique.
La récupération de l'énergie vibrationnelle du moteur thermique est également décrite dans le brevet US 5,570,286. Ce brevet décrit un mode de réalisation, illustré par la figure 13 de ce brevet, qui fait appel à des dispositifs électromagnétiques ou piézoélectriques, transformant l'énergie vibrationnelle en énergie électrique.
Les dispositifs décrits dans ces documents pourraient éventuellement être associés à un moteur hybride électrique-thermique, mais ils ne conviennent pas pour une utilisation avec un moteur hybride pneumatique-thermique.
La présente invention concerne un procédé d'alimentation en air d'un moteur hybride pneumatique-thermique d'un véhicule, ledit moteur hybride comportant un moteur thermique muni de chambres de combustion et d'un réservoir d'air comprimé qui peut être mis en communication avec lesdites chambres de combustion de façon à injecter de l'air comprimé dans lesdites chambres. Selon l'invention:
- l'énergie vibrationnelle due aux vibrations du moteur thermique en fonctionnement est convertie en énergie pneumatique et en ce que - ladite énergie pneumatique est stockée dans ledit réservoir
Lorsque le moteur thermique est suralimenté, et donc muni d'un compresseur et d'une turbine, l'air comprimé en provenance dudit réservoir peut être injecté entre le compresseur et les chambres de combustion, et lorsque ledit moteur thermique comporte un échangeur thermique destiné à refroidir l'air admis dans les chambres de combustion, ledit air comprimé peut être injecté entre ledit compresseur et ledit échangeur thermique.
Alternativement, l'air comprimé en provenance dudit réservoir peut être injecté en amont dudit compresseur de suralimentation.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, l'air comprimé peut être injecté dans les chambres de combustion lorsque le moteur est à l'arrêt et doit être redémarré ou a besoin de fournir un supplément de couple.
L'invention concerne également un dispositif d'alimentation en air d'un moteur thermique d'un véhicule comportant des chambres de combustion, chacune d'elles comprenant au moins une soupape d'admission d'air, au moins une soupape d'échappement et au moins une soupape de charge, une boite à air reliée aux chambres de combustion par un collecteur d'admission d'air, un réservoir d'air comprimé muni d'une entrée et d'une sortie. Selon l'invention, ledit dispositif d'alimentation comporte en outre:
- des moyens de conversion de l'énergie due aux vibrations du moteur en fonctionnement en énergie pneumatique, lesdits moyens étant reliés à Γ entrée du réservoir par au moins une canalisation de façon à stocker Γ énergie pneumatique dans le réservoir, et
- des moyens pour fournir l'énergie pneumatique au moteur.
Lesdits moyens de conversion de l'énergie due aux vibrations comportent avantageusement au moins un compresseur intercalé entre la caisse du véhicule et le moteur.
Selon un mode de réalisation, ledit compresseur comporte une entrée pour aspirer de l'air venant de l'extérieur et une sortie par laquelle sort l'air comprimé par le compresseur, ladite sortie étant reliée audit réservoir d'air comprimé. Le compresseur peut être par exemple un compresseur à membrane ou un compresseur à soufflet.
Lesdits moyens pour fournir l'énergie pneumatique au moteur peuvent comporter une conduite reliant la sortie dudit réservoir au collecteur d'admission d'air.
Selon un mode de réalisation particulier, le moteur est suralimenté et donc muni d'un turbocompresseur, lesdits moyens pour fournir l'énergie pneumatique au moteur pouvant alors comporter une conduite reliant la sortie du réservoir d'air comprimé à l'entrée du compresseur du turbocompresseur.
Alternativement, le moteur étant suralimenté, les moyens pour fournir l'énergie pneumatique au moteur peuvent comporter une conduite connectant la sortie du réservoir entre le compresseur de suralimentation et le collecteur d'admission d'air.
Lorsque le véhicule comporte un échangeur de chaleur placé entre le compresseur de suralimentation et le collecteur d'admission d'air, lesdits moyens pour fournir l'énergie pneumatique au moteur peuvent comporter une conduite connectant la sortie du réservoir entre le compresseur de suralimentation et l'échangeur de chaleur.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels :
- les figures 1 et 2 montrent des exemples de cales de fixation d'un moteur thermique à la caisse du véhicule, la figure 1 concernant une cale transverse et la figure 2 une cale verticale,
- la figure 3 représente schématiquement la fixation avec des cales de l'ensemble moteur thermique-boite de vitesses, à la caisse du véhicule,
- la figure 4 illustre le fonctionnement d'un compresseur à membrane, - les figures 5 et 6 représentent schématiquement des compresseurs à membrane,
- la figure 7 illustre le circuit d'air d'un moteur thermique, sans récupération d'énergie,
- les figures 8 et 9 représentent schématiquement deux variantes de réalisation du circuit d'air d'un moteur hybride pneumatique-thermique muni d'un turbocompresseur et d'un système de récupération de l'énergie vibrationnelle du moteur thermique,
- la figure 10 représente schématiquement un mode de réalisation du circuit d'air d'un moteur hybride pneumatique-thermique muni d'un système de récupération de l'énergie vibrationnelle du moteur thermique sans suralimentation, et
- la figure 1 1 représente en coupe une partie d'un moteur hybride pneumatique-thermique.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Le groupe motopropulseur (moteur thermique et boite de vitesses) d'un véhicule est fixé à la caisse du véhicule par des cales. Le moteur est généralement suspendu à la caisse. En fonctionnement, le moteur thermique vibre et les cales de fixation ont non seulement pour fonction de solidariser le moteur à la caisse du véhicule mais aussi de filtrer ces vibrations. Ces cales comportent donc une partie filtrante, généralement en caoutchouc. Les figures 1 et 2 illustrent deux modes de réalisation de ces cales.
Par la suite, le terme "moteur" désignera indifféremment le moteur thermique ou le groupe motopropulseur constitué par le moteur thermique et la boite de vitesses. Sur la figure 1 , qui représente en coupe verticale une cale transverse 10, cette dernière est intercalée entre la caisse 1 1 d'un véhicule et le moteur thermique non représenté. Une pièce 12, solidaire du moteur est vissée à une coupelle de compression 13. La tête d'un goujon 14 est prisonnière de la pièce 12 de façon à solidariser le goujon 14 avec le moteur. Le goujon 14 comporte à son extrémité inférieure un épaulement 15 qui peut venir en butée contre la partie évasée 16 de la pièce 1 1 , limitant ainsi les mouvements longitudinaux du goujon, selon l'axe longitudinal 17. Une ou plusieurs cales flexibles 18, généralement en caoutchouc, est (ou sont) intercalée(s) entre la coupelle de compression 13 et la partie évasée 16, ce qui amortit les mouvements du moteur et évite de transmettre les vibrations du moteur à la caisse (mouvements des pièces 12 et 13 solidaires du moteur par rapport aux parties 1 1 et 16 solidaires de la caisse). Ce mode de réalisation est particulièrement bien adapté à la filtration des vibrations transverses par rapport à l'axe longitudinal 17.
Un autre mode de réalisation de cales est représenté schématiquement sur la figure 2, mode de réalisation particulièrement bien adapté pour filtrer les vibrations verticales. Il comporte un matériau flexible 20, du caoutchouc par exemple, inséré entre deux pièces 21 et 22 solidaires respectivement du moteur et de la caisse du véhicule. Un goujon 23 permet le déplacement relatif des pièces 21 et 22 l'une par rapport à l'autre dans le sens vertical représenté par l'axe 24.
Selon la présente invention, les cales de fixation du moteur thermique, telles qu'illustrées par les figures 1 et 2, sont remplacées par des moyens permettant de convertir l'énergie vibrationnelle du moteur en énergie pneumatique.
La figure 3 illustre la fixation du groupe motopropulseur, composé du moteur thermique 30 et de la boite de vitesses 31 , par des moyens 32 et 33 permettant, d'une part, de rendre solidaire le groupe motopropulseur 30 et 31 avec la caisse 34 du véhicule et, d'autre part, de transformer l'énergie vibrationnelle du moteur en énergie pneumatique. Ces moyens 32 et 33 illustrés sur la figure 3 sont identiques et comportent chacun un compresseur 35 qui comprime l'air aspiré à l'extérieur du véhicule, l'air comprimé est ensuite stocké dans un réservoir. La figure 4 illustre schématiquement le fonctionnement d'un compresseur à membrane. Ce dernier comporte une enceinte 40 munie d'une paroi flexible 41 , d'une entrée d'air 42 munie d'une soupape 43 et d'une sortie 44 munie d'une soupape 45. Les parties fixes du compresseur, par exemple la paroi 46 de l'enceinte 40, sont solidaires de la caisse du véhicule alors que la membrane est solidaire du moteur. La soupape 43 laisse entrer l'air par l'entrée 42 mais en interdit la sortie, alors que la soupape 45 laisse sortir l'air lorsque la pression dans l'enceinte 40 atteint une pression prédéterminée La pression dans l'enceinte 40 varie en fonction des mouvements de la paroi souple 41 , mouvements dus aux vibrations du moteur. Bien entendu, d'autres types de compresseur pourraient être utilisés, par exemple des compresseurs à soufflet, les mouvements du soufflet étant provoqués par les vibrations du moteur.
Les figures 5 et 6 représentent schématiquement un compresseur à membrane. Sur la figure 5, le compresseur 50 comprend deux chambres 51 et 52 séparées par une paroi 53. Cette dernière est percée de deux orifices 54 et 55, l'un (54 par exemple) servant à admettre de l'air dans la chambre 51 alors que l'autre (55) sert à expulser l'air comprimé dans la chambre 51 . Cette dernière est fermée par un piston 56 solidaire du moteur, le piston se déplaçant en fonction des vibrations du moteur. La chambre 52 est coiffée par un chapeau 57.
Sur la figure 6, qui représente avec plus de détails le compresseur de la figure 5, le compresseur 60 comporte deux chambres 61 et 62 séparée par une cloison 63. Une paroi de la chambre 61 est constituée par un piston 64 muni d'une tige 65, laquelle peut se déplacer selon le sens de la flèche 66. La tige 65 est reliée mécaniquement au moteur du véhicule de telle sorte que les vibrations du moteur sont transmises à la tige 65 et donc au piston 64 lequel se déplace donc en fonction des vibrations du moteur. La chambre 61 est en communication avec la chambre 62 par deux soupapes (ou vannes à clapet) 67 et 68, l'une 67 laissant pénétrer de l'air (flèche 69a) dans la chambre 61 et l'autre, 68, laissant s'échapper l'air (flèche 69b) de la chambre 61 lorsque la pression dans cette chambre atteint une valeur prédéterminée. Des mesures effectuées ont montré que le déplacement de la tige 65 selon le sens de la flèche 66 peut être de l'ordre de 10 ou 15 mm.
La figure 7 montre schématiquement le circuit d'air classique d'un moteur thermique suralimenté (donc avec un turbocompresseur), sans récupération de l'énergie vibrationnelle. Le circuit d'admission d'air 70 comporte successivement une boite à air 71 par laquelle de l'air extérieur au véhicule est aspiré, un compresseur de suralimentation 72 et un échangeur de chaleur 73, ce dernier étant généralement un refroidisseur d'air comprimé. L'air comprimé pénètre dans les chambres de combustion 74 d'un moteur thermique 75 par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission 76. Les gaz brûlés sortent par un collecteur des gaz d'échappement 77 comportant successivement une turbine 78 d'un turbocompresseur, un ou plusieurs éléments de post-traitement 79 des gaz brûlés et un silencieux 80.
Les figures 8 et 9 représentent schématiquement le circuit de la figure 7 (les mêmes éléments étant indiqués par les mêmes numéros de référence), mais modifié pour représenté un moteur hybride pneumatique- thermique conforme à l'invention. Selon l'invention, les circuits des figures 8 et 9 sont équipés d'au moins un dispositif de récupération de l'énergie vibrationnelle comprenant principalement un compresseur d'air.
Ainsi sur les figures 8 et 9 on retrouve la boite à air 71 , le compresseur de suralimentation 72, l'échangeur de chaleur 73, le collecteur d'admission d'air 76, le moteur thermique 75, le collecteur d'échappement 77, la turbine 78 (turbine du turbocompresseur), les éléments de post- traitement 79 et le silencieux 80. Le moteur hybride pneumatique-thermique 81 est composé principalement du moteur thermique 75 auquel on a ajouté un réservoir d'air comprimé 82. Le circuit comporte en plus au moins un compresseur d'air 83 ou 84 situé en remplacement des cales de fixation du moteur du véhicule. Ce compresseur, qui peut être semblable à celui représenté sur la figure 6, a donc une double fonction: le maintien du moteur et la transformation de l'énergie vibrationnelle générée par les vibrations du moteur thermique en énergie pneumatique. Chacun des compresseur 83 ou 84 est connecté de la même façon: la sortie 85 du compresseur 83 est reliée par une canalisation 86 à l'entrée 87 du réservoir à air comprimé 82 et l'entrée 88 du compresseur 83 est reliée par une conduite 89 à la sortie 90 de la boite à air 71 , entre la boite à air 71 et le compresseur 72 du turbocompresseur. La sortie 91 du compresseur 82 est reliée à la sortie 92 du compresseur de suralimentation 72 à l'aide d'une conduite 93, entre le compresseur 72 et l'échangeur de chaleur 73.
Ainsi, une partie de l'air frais provenant de la boite à air 71 est aspiré par le compresseur 83, puis comprimé dans le compresseur 83 actionné par les vibrations du moteur thermique. L'air comprimé est accumulé dans le réservoir 82, puis injecté dans le circuit d'admission en aval du compresseur de suralimentation 72
Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 9, une partie de l'air frais provenant de la boite à air 71 est aspiré par le compresseur 83, lequel comprime l'air, puis l'air comprimé est accumulé dans le réservoir 82, comme dans le mode de réalisation de la figure 8. Par contre, l'air comprimé issu du réservoir 82 est acheminé, à l'aide d'une canalisation 90, vers le circuit d'admission, non plus en aval, mais en amont du compresseur 72 du turbocompresseur, entre la boite à air 71 et le compresseur 72.
La figure 10 représente un mode de réalisation d'un moteur hybride pneumatique-thermique sans suralimentation 105, donc sans le compresseur de suralimentation 72 ni la turbine 78 des modes de réalisation des figures 8 et 9. On retrouve certains des éléments des modes de réalisation précédents, à savoir la boite à air 71 par laquelle l'air est aspiré et filtré, le collecteur d'admission d'air 76, le collecteur d'échappement 77, les éléments de post-traitement 79 et le silencieux 80. Comme précédemment, au moins l'une des cales de fixation du moteur à la caisse du véhicule comporte un compresseur, par exemple un compresseur à membrane tel que représenté schématiquement sur la figure 6. L'entrée 100 du compresseur 83 est reliée à la sortie de la boite à air 71 par une canalisation 101 . La sortie 102 du compresseur est connectée au réservoir 82 par la conduite 86 et la sortie 103 du réservoir 82 est reliée au collecteur d'admission 76 par une conduite 104. Une partie de l'air frais aspiré par la boite à air est donc acheminé vers le compresseur 83, lequel comprime l'air et l'air comprimé est dirigé vers le réservoir d'air comprimé 82 avant d'être injecté dans les chambres à combustion du moteur thermique atmosphérique 105.
La gestion des paramètres de suralimentation et de la pression d'air comprimé est réalisée à partir de cartographies de fonctionnement du moteur. Ces cartographies peuvent être réalisées au banc d'essais. Un calculateur, par exemple le calculateur de bord du véhicule, gère le fonctionnement du moteur pneumatique-thermique, en fonction notamment de la pression d'air comprimé dans le réservoir 82.
La description des différents modes de réalisation a été faite avec une seule cale de fixation du moteur équipée d'un compresseur. Bien entendu, il est possible d'équiper toutes les cales de fixation du moteur (en général au nombre de trois) avec un compresseur d'air. Dans ce cas, les sorties des compresseurs de cales sont reliées en parallèle au réservoir d'air comprimé 82.
La capacité du réservoir d'air comprimé 82 peut par exemple être comprise entre 10 et 50 litres.
La figure 1 1 représente schématiquement et en coupe transversale une partie d'un moteur hybride pneumatique-thermique 1 10. Comme tout moteur thermique, le moteur 1 10 comporte un carter de cylindres 1 1 1 fermé par une culasse 1 12. Un bloc cylindre avec une chemise 1 13 et un piston 1 14 délimitent une chambre de combustion 1 15 qui peut être fermée ou ouverte par des soupapes: dans l'exemple représenté, le moteur comporte, par cylindre, une soupape d'admission 1 16 et une soupape d'échappement 1 17. De plus, le moteur hybride comporte un réservoir d'air comprimé 1 18 qui peut communiquer avec la chambre de combustion 1 15 par l'intermédiaire d'une conduite 1 19 et d'une soupape 120, appelée soupape de charge. Le fonctionnement d'un tel moteur hybride pneumatique- thermique est bien connu et décrit par exemple dans la demande de brevet FR 2 865 769, déposée le 30/01 /2004 et publiée le 05/08/2005.
De façon classique, le réservoir 1 18 peut être rempli d'air comprimé, généralement entre 10 et 20 bars, par exemple lors de la phase de compression du cycle classique à quatre temps d'un moteur thermique ou en récupérant de l'énergie au freinage du véhicule en n'injectant pas de carburant dans les cylindres et en comprimant l'air injecté dans les cylindres. L'air comprimé est alors stocké dans le réservoir 1 18. Ce dernier est l'équivalent du réservoir 82 représenté sur les figures 8, 9 et 10.
Selon la présente invention, on obtient de l'air comprimé en transformant l'énergie de vibration du moteur thermique en énergie pneumatique en remplaçant au moins l'une des cales flexibles de fixation du moteur par un compresseur fonctionnant grâce aux vibrations du moteur, et on stocke l'air comprimé ainsi obtenu dans le réservoir 1 18. Ce dernier est donc relié au circuit d'admission d'air et au(x) compresseur(s) des cales de fixation du moteur thermique de la manière indiquée sur les figures 8 à 10.
L'augmentation de puissance procurée au moteur thermique par l'assistance pneumatique peut être utilisée pour obtenir rapidement plus de couple (effet de "boost"). De plus, l'air comprimé du réservoir peut être utilisé pour redémarrer le moteur thermique, l'air comprimé injecté dans les cylindres faisant alors tourner le vilebrequin. Dans ce cas, il s'agit d'un mode de fonctionnement sans combustion.
Un moteur conforme à la présente invention peut être utilisé même s'il n'y a pas de période de freinage (en dehors d'une circulation en ville, par exemple sur autoroute). L'invention permet de réaliser une économie de carburant et de diminuer les rejets de gaz carbonique dans l'atmosphère. Cette diminution dépend du dimensionnement du réservoir d'air comprimé et du ou des compresseur(s).
D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'alimentation en air d'un moteur hybride pneumatique- thermique(81 ) d'un véhicule, ledit moteur hybride comportant un moteur thermique muni de chambres de combustion (74) et d'un réservoir d'air comprimé (82) qui peut être mis en communication avec lesdites chambres de combustion de façon à injecter de l'air comprimé dans lesdites chambres, le procédé étant caractérisé en ce que:
- l'énergie vibrationnelle due aux vibrations du moteur thermique en fonctionnement est convertie en énergie pneumatique et en ce que - ladite énergie pneumatique est stockée dans ledit réservoir
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, ledit moteur thermique étant suralimenté, et donc muni d'un compresseur de suralimentation (72) et d'une turbine (78), l'air comprimé en provenance dudit réservoir (82) est injecté entre le compresseur (72) et les chambres de combustion (74).
3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, ledit moteur thermique comportant un échangeur thermique (73) destiné à refroidir l'air admis dans les chambres de combustion (74), ledit air comprimé est injecté entre ledit compresseur et ledit échangeur thermique.
4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, ledit moteur thermique (75) étant suralimenté, et donc muni d'un compresseur de suralimentation (72) et d'une turbine (78), l'air comprimé en provenance dudit réservoir (82) est injecté en amont dudit compresseur (72).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit air comprimé est injecté dans lesdites chambres de combustion afin de redémarrer le moteur.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'air comprimé est injecté dans lesdites chambres de combustion (74) lorsque ledit moteur a besoin de fournir un supplément de couple.
7. Dispositif d'alimentation en air d'un moteur hybride pneumatique- thermique(81 ) d'un véhicule comportant des chambres de combustion (74), chacune d'elles comprenant au moins une soupape d'admission d'air (1 16), au moins une soupape d'échappement (1 1 7) et au moins une soupape de charge (120), une boite à air (71 ) reliée aux chambres de combustion par un collecteur d'admission d'air (76), un réservoir d'air comprimé (82) muni d'une entrée (87) et d'une sortie (91 ), ledit dispositif d'alimentation étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre:
- des moyens (83, 84) de conversion de l'énergie due aux vibrations du moteur en fonctionnement en énergie pneumatique, lesdits moyens étant reliés à ladite entrée (87) du réservoir par au moins une canalisation (86) de façon à stocker ladite énergie pneumatique dans ledit réservoir (82), et
- des moyens (90, 93) pour fournir ladite énergie pneumatique audit moteur.
8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion de l'énergie due aux vibrations comportent au moins un compresseur (83, 84) intercalé entre la caisse du véhicule et le moteur.
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit compresseur comporte une entrée (88) pour aspirer de l'air venant de l'extérieur et une sortie (85) par laquelle sort l'air comprimé par le compresseur, ladite sortie (85) étant reliée audit réservoir d'air comprimé (82).
10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit compresseur est un compresseur à membrane (50, 60).
11. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit compresseur est un compresseur à soufflet.
12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 1 1 caractérisé en ce que lesdits moyens pour fournir ladite énergie pneumatique audit moteur comportent une conduite (90, 93) reliant la sortie (91 ) dudit réservoir (82) audit collecteur d'admission d'air (76).
13. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 1 1 caractérisé en ce que, ledit moteur étant muni d'un turbocompresseur (72, 78), lesdits moyens pour fournir ladite énergie pneumatique audit moteur comportent une conduite (90) reliant la sortie dudit réservoir (82) à l'entrée du compresseur (72) dudit turbocompresseur;
Dispositif selon l'une des revendications 7 à 1 1 caractérisé en ce que, ledit moteur étant muni d'un turbocompresseur, lesdits moyens pour fournir ladite énergie pneumatique audit moteur comportent une conduite (93) connectant la sortie (91 ) dudit réservoir (82) entre le compresseur (72) dudit turbocompresseur et ledit collecteur d'admission d'air (76).
Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que, le véhicule comportant un échangeur de chaleur (73) entre le compresseur (72) dudit turbocompresseur et ledit collecteur d'admission d'air (76), lesdits moyens pour fournir ladite énergie pneumatique audit moteur comporte une conduite (93) connectant la sortie (91 ) dudit réservoir (82) entre ledit compresseur (72) du turbocompresseur et ledit échangeur de chaleur (73).
Dispositif selon la revendication 15 caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur (73) est un refroidisseur d'air d'admission.
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