Brevet FR2819855A1 — publié le 20020726

La présente invention concerne un dispositif d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique. Les moteurs suralimentés de ce type sont par exemple utilisés dans les véhicules automobiles. Un turbocompresseur comprend de manière classique une turbine de compression montée pour pivoter dans une tubulure d'admission du moteur thermique et reliée par un arbre à une turbine d'entraînement montée pour pivoter dans une tubulure d'échappement du moteur thermique de telle manière que les gaz d'échappement mettent en rotation la turbine d'entraînement qui entraîne ainsi la turbine de compression. Pour notamment améliorer le temps de réponse du turbocompresseur, il est connu d'associer au turbocompresseur un dispositif d'assistance. Le dispositif d'assistance comprend un moteur électrique d'assistance couplé à l'arbre du turbocompresseur et relié à un organe de commande raccordé à une batterie du véhicule automobile utilisée pour alimenter également d'autres équipements électriques du véhicule. Le moteur électrique alimenté par la batterie via l'organe de commande délivre un couple additionnel à celui fourni par la détente des gaz d'échappement dans la turbine. Cependant, pour un fonctionnement performant du turbocompresseur, il est nécessaire pour lancer rapidement le moteur électrique d'assistance d'alimenter celui-ci avec un courant électrique de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères. Or, avec un tel courant, les pertes de charge dans le circuit sont importantes de sorte que l'énergie électrique fournie par la batterie au moteur électrique a une tension insuffisante pour assurer un lancement rapide du moteur électrique d'assistance. En outre, l'énergie électrique fournie par la batterie est insuffisante pour lancer le moteur électrique d'assistance au turbocompresseur et alimenter les autres équipements électriques embarqués à bord du véhicule. L'alimentation du moteur électrique d'assistance est alors effectuée au dépend des autres équipements électriques embarqués. Une solution consisterait à utiliser une batterie plus puissante. Toutefois, les appels d'énergie électrique pour le lancement du moteur d'assistance étant brefs, la batterie serait alors surdimensionnée par rapport à la demande courante d'énergie électrique et serait en outre coûteuse, encombrante et relativement lourde. Un but de l'invention est de fournir un moyen simple et économique pour alimenter le moteur électrique d'assistance en assurant un fonctionnement performant de celui-ci et en préservant la qualité de l'alimentation d'autres équipements raccordés à la batterie. A cet effet, le dispositif d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique comprend un moteur électrique d'assistance, un organe de commande relié au moteur électrique et pourvu de moyens de raccordement à une batterie associée au moteur thermique, et au moins un moyen de stockage d'énergie électrique associé à un élévateur de tension et relié à l'organe de commande pour emmagasiner de l'énergie électrique à une tension supérieure à une tension de l'énergie électrique fournie par la batterie. Le moyen de stockage d'énergie électrique peut alors être utilisé pour alimenter le moteur électrique d'assistance soit en totalité soit partiellement avec la batterie. Le moyen de stockage peut être rechargé en énergie électrique de manière particulièrement simple soit par l'intermédiaire du moteur électrique d'assistance fonctionnant alors en générateur, soit par l'intermédiaire de la batterie. Selon un mode de réalisation avantageux, le moyen de stockage comprend au moins un élément capacitif, et l'élévateur de tension comprend de préférence au moins un bobinage du moteur électrique relié à cet effet à l'élément capacitif du moyen de stockage. Ainsi, le bobinage du moteur électrique assure, outre sa fonction motrice habituelle, une fonction d'élévation de tension, ce qui permet d'avoir une structure de l'élévateur de tension qui est particulièrement simple et qui présente un encombrement limité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur thermique turbocompressé, - la figure 2a et b est une vue schématique du circuit du dispositif d'assistance conforme à l'invention. L'invention est ici décrite en relation avec un moteur thermique turbocompressé de véhicule automobile. En référence à la figure 1, le moteur thermique turbocompressé, généralement désigné en 1, comprend de façon connue en elle-même, un bloc moteur 2 auquel sont reliés un collecteur d'admission 3 et un collecteur d'échappement 4. Le moteur thermique 1 comprend également une batterie 5 utilisée pour fournir une énergie électrique à une tension prédéterminée, généralement de l'ordre de 12 volts, aux équipements électriques du véhicule automobile auxquels elle est reliée. Le moteur thermique 1 comprend un turbocompresseur généralement désigné en 6 qui comporte de façon connue en elle-même une turbine de compression 7 montée pour pivoter dans le collecteur d'admission 3 et reliée par un arbre 8 à une turbine d'entraînement 9 montée pour pivoter dans le collecteur d'échappement 4. De manière classique, les gaz d'échappement qui se détendent dans le collecteur d'échappement 4 entraînent la turbine d'entraînement 9 en rotation. Ce mouvement de rotation est transmis par l'arbre 8 à la turbine de compression 7 qui comprime le mélange gazeux d'admission. Un dispositif d'assistance, généralement désigné en 10, est associé au turbocompresseur 6. Le dispositif d'assistance 10 comprend un moteur électrique 11 raccordé à l'arbre 7 pour entraîner celuici en rotation afin de fournir un couple additionnel s'ajoutant à celui fourni par les gaz d'échappement. Le moteur électrique 11 comprend un rotor relié à l'arbre 8 et monté pour pivoter dans un stator, et présente une architecture classique qui comporte, dans l'exemple décrit, trois bobinages 12.1, 12.2, 12.3 reliés en triangle. Un organe de commande portant la référence générale 13 est relié au moteur électrique 11 et à la batterie 5 du véhicule automobile. L'organe de commande 13 comprend trois branches 14,15, 16 parallèles reliées aux bornes 5.1, 5.2 de la batterie 5. Chaque branche 14,15, 16 comprend deux interrupteurs en série respectivement référencés 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b et reliés l'un à l'autre en un point de raccordement 14. c, 15. c, 16. c. Les branches 14,15, 16 sont connectées aux bobinages 12.1, 12.2, 12.3 de telle manière que le bobinage 12.1 soit connecté aux points de raccordement 14. c, 15. c, le bobinage 12.2 soit connecté aux points de raccordement 15. c, 16. c, et le bobinage 12.3 soit connecté aux points de raccordement 16. c, 14. c. Les interrupteurs 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b sont pilotés de façon connue en soi pour permettre l'alimentation en énergie électrique des bobinages 12. 1, 12. 2, 12. 3 successivement de manière à mettre le rotor du moteur électrique 12 en rotation par rapport au stator. Le dispositif d'assistance 10 comprend également un moyen de stockage d'énergie électrique représenté ici sous la forme d'un élément capacitif 17 monté entre les bornes 5.1 et 5.2 de la batterie 5 en parallèle aux branches 14,15, 16. L'élément capacitif 17 est relié à la borne 5.1 par une diode 18 montée selon un sens passant de la borne 5.1 vers l'élément capacitif 17, et en parallèle de laquelle est monté un interrupteur 19. L'élément capacitif 17 est relié à la borne 5.2 directement. La borne 5.1 de la batterie 5 est reliée à la diode 18, à l'interrupteur 19 et aux branches 14,15, 16 par l'intermédiaire d'un interrupteur 20. Au début du fonctionnement du véhicule et plus généralement lorsque le moteur électrique 11 est à l'arrêt ou entraîné à une faible vitesse par la turbine d'entraînement 9, il est procédé à la charge de l'élément capacitif 17 par la batterie 5. Pour ce faire, les interrupteurs 14. b, 15. a, 16. a, 16. b et 19 sont ouverts et les interrupteurs 14. a, 15. b et 20 sont fermés (voir la figure 2a) pour alimenter en énergie électrique les bobinages 12.1, 12.2 et 12.3 par la batterie 5 et provoquer une excitation de ceux-ci. Puis les interrupteurs 14. a, 15. b et 20 sont ouverts et les interrupteurs 14. b et 15. a sont fermés (figure 2b) pour décharger l'énergie stockée dans les bobinages dans l'élément capacitif 17 au travers de la diode 18. Les bobinages du moteur électrique Il sont alors utilisés en élévateur de tension de sorte que l'énergie électrique emmagasinée dans l'élément capacitif 17 est à une tension supérieure à celle de l'énergie électrique fournie par la batterie 5. Lorsque le conducteur du véhicule accélère et que le moteur électrique 11 d'assistance au turbocompresseur doit être mis en rotation pour entraîner le turbocompresseur 6, l'interrupteur 20 étant ouvert, l'interrupteur 19 est fermé et les interrupteurs 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b sont pilotés de façon connue en soi pour connecter successivement les bobinages 12.1, 12.2, 12.3 à l'élément capacitif 17 de manière à entraîner le rotor du moteur électrique 12 en rotation par rapport au stator. Une fois le moteur électrique lancé, l'interrupteur 20 est fermé et la batterie 5 assure l'alimentation électrique du moteur électrique 11 pour maintenir celui-ci en rotation tant que l'énergie des gaz d'échappement est insuffisante pour entraîner la turbine d'entraînement 9. Lorsque le turbocompresseur 6 est entraîné par les gaz d'échappement, le moteur électrique 11 peut être utilisé en tant que générateur pour recharger l'élément capacitif 17. Les interrupteurs 19 et 20 étant ouverts, les interrupteurs 14. a, 14. b, 15a, 15. b, 16. a, 16. b sont pilotés pour permettre aux bobinages 12.1, 12.2, 12.3 d'être excités et mis en surtention pour fournir successivement de l'énergie électrique à l'élément capacitif 17 à une tension supérieure à celle de la batterie 5. L'énergie électrique emmagasinée dans l'élément capacitif 17 peut alors être utilisée comme décrit précédemment pour alimenter le moteur électrique 11 après un arrêt de celui-ci. Cette énergie électrique peut également être utilisée pour recharger la batterie 5 en fermant les interrupteurs 20 et 19 et en ouvrant les interrupteurs 14. a, 14. b, 15a, 15. b, 16. a, 16. b de manière que l'élément capacitif 17 se décharge dans la batterie 5. La batterie 5 peut également être rechargée par le moteur électrique Il utilisé comme générateur de la même façon que pour charger l'élément capacitif 17. La batterie 5 peut être aussi rechargée de façon connue en soi par un alternateur non représenté entraîné par le moteur thermique 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, le moteur électrique peut avoir une architecture différente de celle décrite et notamment une architecture en étoile. En outre, le moyen de stockage d'énergie peut être utilisé pour assister la batterie lors du lancement du moteur électrique. A titre indicatif, pour un moteur nécessitant pour son lancement d'être alimenté par un courant de 400 A, l'élément capacitif 17 sera dimensionné pour fournir au minimum 300 A environ et la batterie au maximum 100 A environ. Le moyen de stockage peut avoir une structure différente de celle décrite et par exemple incorporer plusieurs éléments capacitifs de type condensateur. De plus, plusieurs moyens de stockage peuvent être utilisés pour emmagasiner de l'énergie à des tensions différentes. Par ailleurs, un ou plusieurs bobinages du moteur électrique peuvent être utilisés dans l'élévateur de tension. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique, comprenant un moteur électrique d'assistance (11) et un organe de commande (13) relié au moteur électrique et pourvu de moyens de raccordement à une batterie (5) associée au moteur thermique, caractérisé en ce que le dispositif d'assistance comprend au moins un moyen de stockage d'énergie électrique (17) associé à un élévateur de tension (12. 1, 12.2, 12.3) et relié à l'organe de commande (13) pour emmagasiner de l'énergie électrique à une tension supérieure à une tension de l'énergie électrique fournie par la batterie (5). 2. Dispositif d'assistance selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de stockage comprend au moins un élément capacitif (17). 3. Dispositif d'assistance selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'élévateur de tension comprend au moins un bobinage (12.1, 12.2, 12.3) du moteur électrique (11) relié à cet effet au moyen de stockage.