Brevet FR2844549A1 — publié le 20040319

ENSEMBLE A MOTEUR SURALIMENTE ET POST-TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT DESCRIPTION Cette invention concerne un ensemble à moteur suralimenté conçu pour un véhicule automobile, et plus précisément la position de l'équipement purifiant les gaz d'échappement dans cet ensemble. Les véhicules contemporains sont équipés de pots d'échappement catalytiques, et on rencontre aussi des filtres à particules, notamment sur les moteurs diesels, dans lesquels les particules issues de la combustion du carburant se déposent; ces filtres sont 15 périodiquement régénérés par une décomposition des particules déposées, qui les rend propres à nouveau. Ces équipements de purification des gaz d'échappement sont efficaces plutôt à température élevée, et ne purifient pas les gaz d'échappement trop 20 froids. De plus, ils présentent l'inconvénient de produire une perte de charge notable qui complique la conception du moteur. Il est ainsi connu que les catalyseurs sont presque sans effet au démarrage du moteur. Dans le cas des filtres à particules, il est 25 possible de forcer la régénération en injectant un mélange enrichi en carburant et donc plus énergétique, mais la consommation du moteur s'en trouve accrue et des effluents carbonés, eux aussi polluants, sont aussi relâchés à l'échappement. Ces inconvénients sont inopérants dans la conception de l'invention, o deux étages de B 14121/JCI suralimentation comprenant chacun un turbocompresseur sont prévus sur le circuit du moteur. L'équipement de purification des gaz est alors placé entre les deux turbines sur la ligne 5 d'échappement. Ainsi, les gaz parvenant à l'équipement de purification n'ont que partiellement cédé leur énergie aux turbocompresseurs et sont donc plus chauds que dans les systèmes coutumiers, o les équipements de purification sont placés dans l'aval du Turbocompresseur. Réciproquement, le maintien de l'existence d'une turbine entre le moteur et l'équipement de purification garantit un fonctionnement correct de la suralimentation malgré la perte de charge occasionnée 15 par l'équipement de purification. L'invention sera maintenant décrite à l'aide de la figure unique, qui permettra d'en saisir tous les développements. Un moteur 1 est contenu dans une automobile non représentée en détail. Il est 20 alimenté en air par un collecteur d'admission 2 et rejette les gaz de combustion par un collecteur d'échappement 3. Une paire de turbocompresseurs 4 et 5 est placée entre les collecteurs d'admission 2 et d'échappement 3 à des emplacements différents, le 25 premier étant un turbocompresseur à haute pression et le second un turbocompresseur à basse pression. Comme il est connu, chacun des turbocompresseurs 4 et 5 comprend un compresseur, respectivement 6 ou 7, disposé dans le collecteur d'admission 2, une turbine, 30 respectivement 8 ou 9, disposée dans le collecteur d'échappement 3, et un arbre, respectivement 10 ou 11, B 14121/JCI joignant la turbine et le compresseur. Sur le collecteur d'échappement 3 est disposé un équipement de purification des gaz 12 tel qu'un filtre à particules entre les deux turbines 8 et 9. De plus, deux 5 échangeurs de chaleur 13 et 14 sont disposés sur le collecteur d'admission 2 aux deux étages de suralimentation, respectivement entre le premier compresseur 6 à haute pression et le moteur 1, et entre les deux compresseurs 6 et 7; le premier d'entre eux 10 (13) peut toutefois être contourné grâce à une dérivation 15 à ouverture réglable par une vanne 16 et débouchant de part et d'autre de lui dans le collecteur d'admission 2. Enfin, on doit mentionner l'existence de deux conduites de recirculation des gaz 17 et 18, 15 munies encore de vannes 19 et 20 pour régler leur ouverture et qui s'étendent du collecteur d'échappement 3 au collecteur d'admission 2; la première est disposée en dérivation autour du moteur 1 et la seconde a un piquage d'entrée 21 situé en aval de l'équipement 20 de purification 12 (entre lui et le turbocompresseur 5 à basse pression) et débouche dans le collecteur d'admission 2 entre l'échangeur de chaleur 14 à basse pression et le turbocompresseur à haute pression 4. Le double étage de suralimentation permet 25 d'accroître la pression de l'air arrivant au moteur 1 de la même façon que le ferait un étage de suralimentation unique. Cependant, le placement de l'équipement de purification des gaz 12 en amont du turbocompresseur 5 à basse pression permet de lui faire 30 parvenir les gaz d'échappement alors qu'ils sont encore à une température élevée, n'ayant subi qu'une détente B 14121/JCI partielle à travers l'autre turbine 8, ce qui permet à la purification de se produire dans de bonnes conditions. La perte de charge produite par l'équipement 12 prive le turbocompresseur 5 à basse pression d'une partie de son énergie d'entraînement, mais une suralimentation suffisante reste assurée en toutes circonstances par le turbocompresseur 4 à haute pression, et le turbocompresseur 5 à basse pression retrouve tout de même son utilité aux régimes élevés du 10 moteur 1, quand une énergie importante est disponible pour l'entraîner. L'implantation de l'équipement de purification des gaz 12 vers l'amont du collecteur d'échappement 4 rend intéressante la conduite de 15 recirculation 18 située en aval, en sus de celle 17 contournant le moteur 1 et qui est classique: les gaz d'échappement arrivant au piquage 21 ont le double avantage d'être propres et plus frais qu'à la sortie du moteur 1 et peuvent donc être réinjectés dans le 20 collecteur d'admission 2 avec moins d'inconvénient. La recirculation de gaz d'échappement a en effet pour but principal de diluer le mélange parvenant au moteur et par conséquent d'abaisser la température de combustion et la production de polluants nitratés 25 Nox. L'inconvénient de la conception usuelle est que les gaz de recirculation chauds traversant la conduite 17 doivent souvent être refroidis par un dispositif à cet effet (non représenté ici). Cette contrainte disparaît pour les gaz plus frais traversant la 30 conduite 18 à basse pression; et leur plus grande B 14121/JCI propreté est évidemment avantageuse pour la qualité de la combustion et l'état du moteur 1. La dérivation 15 est ouverte au démarrage, afin de permettre un échauffement plus rapide du moteur. L'invention trouve d'abord intérêt pour les moteurs diesels, mais les moteurs à essence pourront aussi être équipés de l'invention, surtout si un filtre à particules doit leur être adjoint dans l'avenir. Les vannes 16, 19 et 20 ainsi que d'autres équipements non décrits ici de l'ensemble à moteur sont commandés par une unité de commande électronique 22 d'après les paramètres qui lui sont fournis par divers capteurs. Ces modes de commande ne font cependant pas 15 l'objet de l'invention. B 14121/JCI REVENDICATIONS 1) Ensemble à moteur (1) suralimenté pour automobile, comprenant un collecteur d'admission (2) 5 d'air, un collecteur d'échappement (3) de gaz et un équipement de purification des gaz (12) d'échappement placé sur le collecteur d'échappement (3) des gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un double étage de suralimentation avec notamment deux turbocompresseurs 10 (4,5) ayant chacun une turbine (8,9) sur le collecteur d'échappement (3) et en ce que l'équipement de purification des gaz (12) d'échappement est placé entre les turbines. 2) Ensemble à moteur suralimenté pour 15 automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de recirculation (18) des gaz d'échappement à ouverture réglable ayant un piquage (21) sur le collecteur d'échappement (3) des gaz entre l'équipement de purification des gaz d'échappement et 20 une des turbines (9), qui est en aval dudit module sur le collecteur d'échappement des gaz. 3) Ensemble à moteur suralimenté pour automobile selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, sur un des 25 étages de suralimentation qui est proche du moteur, un échangeur de chaleur (13) et une conduite de dérivation (15) à ouverture réglable autour dudit échangeur. B 14121/JCI