Brevet FR2857417A1 — publié le 20050114

"Circuit d'admission pour moteur suralimenté à filtre à particules La présente invention concerne un circuit d'admission d'un moteur suralimenté plus particulièrement adapté à la régénération 5 d'un filtre à particules. L'invention concerne plus particulièrement un circuit d'admission des gaz, notamment d'air, dans un moteur à combustion de véhicule automobile du type comportant au moins un conduit d'admission dans un cylindre du moteur et au moins un io conduit d'échappement des gaz hors du cylindre qui est relié à une entrée d'un dispositif de suralimentation dont une sortie est reliée audit conduit d'admission par l'intermédiaire d'un boîtier de répartition. Pour certains régimes de rotation d'un moteur à combustion interne, on constate qu'il est plus difficile d'introduire une masse d'air d'admission plus importante dans les cylindres. En conséquence, pour une richesse donnée du mélange air-carburant et pour une température donnée de l'air introduit dans un cylindre, il est difficile d'améliorer les performances du moteur. II faut de plus pouvoir assurer régulièrement et dans des conditions optimales la régénération du filtre à particules. Le filtre à particules nécessite, pendant certaines phases de fonctionnement du moteur à dériver tout ou partie de l'air du circuit d'alimentation de manière à augmenter la température de l'air admis dans le cylindre. II en résulte l'obtention d'une augmentation de la température des gaz d'échappement qui est nécessaire pour une régénération efficace du filtre à particules. Par ailleurs, de par son mouvement alternatif, le piston crée dans la ligne d'admission des fluctuations ou pulsations de pression. II en résulte des perturbations qui sont à l'origine de phénomènes pulsatoires qui se manifestent par des surpressions ou des dépressions, le but étant de générer une surpression dans le cylindre au début et à la fin de l'ouverture d'une ou des soupapes d'admission du cylindre. Ces pulsations permettent d'augmenter la masse d'air enfermée dans le cylindre et, par conséquent, améliorer les 5 performances du moteur. On obtient ces surpressions pour certains régimes de rotation du moteur en optimisant: - les lois de levée(s) des soupapes; - la longueur du ou des conduits qui s'étendent entre une io soupape déterminée et une cavité ou un volume dit de réflexion; - le volume de la cavité de réflexion et le saut de section au raccordement avec cette cavité ; etc. La cavité ou volume de réflexion peut avantageusement être constitué par le circuit de refroidissement d'air de is suralimentation comportant notamment un échangeur thermique ou refroidisseur d'air. L'invention vise à proposer une conception qui permette de réaliser simplement les deux possibilités consistant à disposer d'une capacité ou volume de réflexion et à pouvoir la court- circuiter, avec des moyens simples, peu onéreux et peu encombrants. Dans ce but, l'invention propose un circuit du type mentionné précédemment, caractérisé en ce que le boîtier de répartition comporte une première entrée reliée à ladite sortie du dispositif de suralimentation, une première sortie reliée audit conduit d'admission, une deuxième sortie reliée à un autre circuit, et une deuxième entrée reliée à cet autre circuit, et au moins un organe commandé qui est monté mobile à l'intérieur du boîtier entre: - au moins une première position mettant en communication, d'une part, la première entrée avec la première sortie et, d'autre part, la deuxième entrée avec la deuxième sortie; - et au moins une deuxième position mettant en communication, d'une part, la première entrée avec la deuxième sortie et, d'autre part, la deuxième entrée avec la première sortie. La cavité de réflexion appartient avantageusement à un circuit de refroidissement des gaz de suralimentation, ou à plusieurs circuits en série ou en parallèle. Le dispositif de suralimentation est notamment un turbocompresseur. L'invention vise aussi à optimiser l'encombrement dans le io véhicule en regroupant le volume de réflexion et les clapets ou volets mobiles. Globalement, en phase de régénération, du filtre à particules, le circuit de refroidissement de l'air de suralimentation est court-circuité en interrompant la communication entre la deuxième sortie et la deuxième entrée. En phase dite de performance du moteur à pleine charge, on favorise le débit à travers le circuit de refroidissement de l'air de suralimentation et en utilisant le boîtier comme volume ou capacité de réflexion, en établissant la communication entre la deuxième sortie et la deuxième entrée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - dans ladite première position de l'organe mobile, la première entrée est isolée de la deuxième sortie et la première sortie est isolée de la deuxième entrée, et dans ladite deuxième position de l'organe mobile, la première entrée est isolée de la première sortie et la deuxième entrée est isolée de la deuxième sortie; - le boîtier comporte une chambre unique à la quelle sont reliées la première entrée, la première sortie, la deuxième entrée, et la deuxième sortie, et ledit organe mobile est un volet unique de répartition qui partage ladite chambre unique en deux parties de configuration variable et qui est monté mobile entre lesdites première et seconde positions; - dans ladite première position de l'organe mobile, la première entrée est reliée à la deuxième sortie et la première sortie est reliée à la deuxième entrée, et dans ladite deuxième position de l'organe mobile, la première entrée est isolée de la première sortie et la deuxième entrée est isolée de la deuxième sortie; - le boîtier comporte une cloison fixe principale qui le divise en une première chambre, à laquelle sont reliées la première entrée et la deuxième sortie, et une deuxième chambre, io à laquelle sont reliées la deuxième entrée et la première sortie, et la cloison fixe comporte un orifice principal dont l'ouverture est commandée par un volet principal commandé d'obturation qui est monté mobile entre lesdites première et deuxième positions; - le circuit comporte un premier volet secondaire commandé d'obturation de la deuxième sortie; - le circuit comporte un deuxième volet secondaire commandé d'obturation de la deuxième entrée; - le boîtier comporte: une première cloison secondaire qui divise la première chambre en une première sous-chambre à laquelle est reliée la première entrée et en une deuxième sous-chambre à laquelle est reliée la deuxième sortie, et qui comporte un premier orifice secondaire dont l'ouverture est commandée par un premier volet secondaire commandé d'obturation; 25. et une deuxième cloison secondaire qui divise la deuxième chambre en une première sous-chambre à laquelle est reliée la première sortie et en une deuxième sous-chambre à laquelle est reliée la deuxième entrée, et qui comporte un deuxième orifice secondaire dont l'ouverture est commandée par un deuxième volet secondaire commandé d'obturation; et ledit orifice principal dont l'ouverture est commandée par le volet principal commandé d'obturation est agencé dans la cloison séparant lesdites premières sous-chambres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique qui illustre un moteur avec son circuit d'admission comportant un boîtier de répartition selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique qui illustre en section un premier mode de réalisation du boîtier de répartition selon io l'invention qui est représenté avec son volet mobile unique de répartition dans sa première position fonctionnelle - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure précédente avec le volet de répartition dans sa deuxième position fonctionnelle; is - la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d'un boîtier de répartition selon l'invention qui comporte une cloison fixe qui le divise en deux chambres, et un seul volet principal d'obturation; - la figure 5 est une vue similaire à la précédente qui illustre une première variante du deuxième mode de réalisation avec un premier volet secondaire d'obturation de la deuxième sortie du boîtier; la figure 6 est une vue similaire à la précédente qui illustre une deuxième variante du deuxième mode de réalisation avec un deuxième volet secondaire d'obturation de la deuxième entrée du boîtier; - la figure 7 est une vue similaire à celle des figures 4 à 6 qui illustre une troisième variante du deuxième mode de réalisation avec un premier volet secondaire d'obturation de la deuxième sortie du boîtier et un deuxième volet secondaire d'obturation de la deuxième entrée du boîtier; - la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 4 qui illustre une troisième variante du deuxième mode de réalisation du boîtier divisé en quatre sous-chambres et qui comporte un volet principal et deux volets secondaires d'obturation. On a représenté à la figure 1 un circuit 10 d'admission des gaz dans un moteur à combustion 12 de véhicule automobile qui est par un exemple un moteur à combustion interne à allumage commandé ou un Diesel dans lequel les gaz admis dans les cylindres 16 sont de l'air comburant ou par exemple un mélange air-carburant. De manière connue, le circuit 10 comporte un répartiteur io 14 d'admission des gaz dans les cylindres 16 et un collecteur 18 des gaz d'échappement, chaque cylindre 16 comportant, de manière connue, une ou plusieurs soupapes d'admission et une ou plusieurs soupapes d'échappement (non représentées). Le collecteur d'échappement 18 est relié par un conduit 20 à la turbine 22 d'un turbocompresseur 24 de suralimentation de la pression de tout ou partie des gaz admis dans les cylindres 16. Le turbocompresseur 24, de structure générale connue, comporte un compresseur 26 dont la sortie de gaz comprimés est reliée, par un conduit 28, à la première entrée première entrée El d'un boîtier 30 commandé de répartition. Le boîtier 30 comporte une première sortie SI qui est reliée, par un conduit 32, à l'entrée du répartiteur d'admission 14. Le boîtier 30 comporte aussi une deuxième sortie S2 qui est reliée, par un conduit 34, à l'entrée d'un circuit 36 de refroidissement de l'air comprimé par le compresseur 26. Au sens de l'invention, le circuit 36 de refroidissement de l'air comprimé constitue la cavité dite de réflexion. Enfin, le boîtier 30 comporte une deuxième entrée E2 qui est reliée, par un conduit 38, à la sortie du circuit 36 de refroidissement de l'air comprimé par le compresseur 26. Après avoir traversé, pour tout ou partie, la turbine 22, les gaz d'échappement sont évacués par un circuit d'échappement 40 dans lequel est agencé au moins un dispositif dit de "dépollution" 42 qui est par exemple un filtre à particules. Dans le premier mode de réalisation représenté aux figures 2 et 3, le boîtier 30 est un boîtier à enveloppe cylindrique 44 qui délimite une chambre interne unique C à l'intérieur de laquelle est monté pivotant un volet unique V de répartition. Le volet V s'étend dans un plan diamétral et coopère de matière étanche avec la face cylindrique concave interne de la chambre C. Le volet de répartition est susceptible d'occuper la première position angulaire illustrée à la figure 2 dans laquelle il io est en butée étanche contre deux premières butées angulaires 46 et dans laquelle la première entrée E1 est en communication avec la première sortie SI à travers la première partie ou moitié (supérieure en considérant la figure 2) de la chambre C, et dans laquelle la deuxième entrée E2 est en communication avec la deuxième sortie S2 à travers la deuxième partie ou moitié (inférieure) de la chambre C. Dans cette première position du volet V correspondant à la phase de régénération du filtre à particules 42, la cavité de réflexion 36 est court-circuitée et l'air comprimé provenant du compresseur 26 n'est pas refroidi. Le volet de répartition V est aussi susceptible d'occuper la deuxième position angulaire illustrée à la figure 3 dans laquelle il est en butée étanche contre deux deuxièmes butées angulaires 48 et dans laquelle la première entrée première entrée El est en communication avec la deuxième sortie S2 à travers la première partie ou moitié (de gauche en considérant la figure 3) de la chambre C, et dans laquelle la deuxième entrée E2 est en communication avec la première sortie SI à travers la deuxième moitié (de droite) de la chambre C. Dans cette deuxième position du volet V correspondant à une phase d'utilisation à grande performance du moteur, l'air comprimé par le compresseur 26 est refroidi à travers le circuit de refroidissement 36 de l'air comprimé avant d'être introduit dans le répartiteur d'admission 14. Ce mode de réalisation a pour avantage de ne faire appel qu'à un seul volet mobile commandé. Dans le deuxième mode de réalisation de la figure 4, l'enveloppe 44 est de forme rectangulaire et elle est divisée, par une cloison fixe 50 en une première chambre Cl à laquelle sont reliées en permanence la première entrée El et la deuxième sortie S2, et une deuxième chambre C2 à laquelle sont reliées en permanence la deuxième entrée E2 et la première sortie SI. La cloison fixe 50 comporte un orifice principal 52qui relie io les deux chambres Cl et C2 dans lequel est monté un obturateur commandé qui est ici réalisé sous la forme d'un volet principal pivotant d'obturation V qui est susceptible d'occuper la première position illustrée à la figure 3 dans laquelle l'orifice principal 52 est ouvert. Ainsi, dans cette position ouverte du volet V correspondant à la phase de régénération du filtre à particules 42, la première entrée El est reliée à la première sortie SI et la deuxième entrée E2 est reliée à la deuxième sortie S2. Le volet V est aussi susceptible d'occuper une deuxième 20 position, non représentée, fermée dans laquelle il obture l'orifice 52 de la cloison 50. Dans cette deuxième position correspondant à une phase d'utilisation à grande performance du moteur, la première entrée El n'est reliée qu'à la seule deuxième sortie S2, et la deuxième entrée E2 n'est reliée qu'à la seule première sortie SI. L'air comprimé par le compresseur 26 est refroidi à travers le circuit de refroidissement 36 de l'air comprimé, avant d'être introduit dans le répartiteur d'admission 14. Ce mode de réalisation a aussi pour avantage de ne faire 30 appel qu'à un seul volet mobile commandé. Dans la première variante représentée à la figure 5, par comparaison avec la figure 4, le boîtier 30 comporte un premier volet VI secondaire commandé d'obturation de la deuxième sortie S2 qui est représenté en position fermée à la figure 5. Il est ainsi possible, lors de la phase de régénération du filtre à particules 42 illustrée à la figure 5 en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et le premier volet secondaire V1 est fermé, de court-circuiter le circuit 36 de refroidissement de l'air de suralimentation. Lors de la phase (non représentée) d'utilisation à grande performance du moteur en vue de laquelle le volet principal V est fermé et le premier volet secondaire V1 est ouvert, le boîtier 30 est dans la même configuration que celle de la figure 4 sans volet secondaire. L'encombrement du boîtier est réduit et les deux volets V et V1 peuvent être commandés par un seul moteur électrique (non représenté). Dans la deuxième variante représentée à la figure 6, par comparaison avec la figure 4, le boîtier 30 comporte un deuxième volet V2 secondaire commandé d'obturation de la deuxième entrée E2 qui est représenté en position fermée à la figure 6. Il est ainsi possible, lors de la phase de régénération du filtre à particules 42 illustrée à la figure 6 en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et le deuxième volet secondaire V2 est fermé, de court-circuiter le circuit 36 de refroidissement de l'air de suralimentation. Lors de la phase (non représentée) d'utilisation à grande performance du moteur en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et le deuxième volet secondaire V2 est ouvert, le boîtier 30 est dans la même configuration que celle de la figure 4 sans volet secondaire. L'encombrement du boîtier est réduit et les deux volets V et V2 peuvent être commandés par un seul moteur électrique (non représenté). Dans la troisième variante représentée à la figure 7, par comparaison avec la figure 4, le boîtier 30 comporte un premier volet V1 secondaire commandé d'obturation de la deuxième sortie S2 qui est représenté en position fermée à la figure7, et il 2857417 io comporte un deuxième volet V2 secondaire commandé d'obturation de la deuxième entrée E2 qui est représenté en position fermée à la figure 7. Il est ainsi possible, lors de la phase de régénération du filtre à particules 42 illustrée à la figure 7 en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et les premier VI et deuxième V2 volets secondaires sont fermés, de court-circuiter le circuit 36 de refroidissement de l'air de suralimentation. Lors de la phase (non représentée) d'utilisation à grande io performance du moteur en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et les premier VI et deuxième V2 volets secondaires sont fermés, le boîtier 30 est dans la même configuration que celle de la figure 4 sans volet secondaire. Les trois volets V, VI et V2 peuvent être commandés par 15 un seul moteur électrique (non représenté). Enfin, dans la troisième variante de réalisation représentée à la figure 8, outre la cloison fixe 50, le boîtier 30 comporte une première cloison horizontale 54 qui divise la première chambre Cl en deux sous-chambres supérieure CM à laquelle est reliée la première entrée El et inférieure C"1 à laquelle est reliée la deuxième sortie S2. La cloison fixe 54 comporte un premier orifice secondaire 55 qui relie les deux sous-chambres C'1 et C"1 dans lequel est monté un obturateur commandé qui est ici réalisé sous la forme d'un premier volet secondaire pivotant d'obturation VI qui est susceptible d'occuper la première position illustrée à la figure 8 dans laquelle l'orifice 55 est fermé. Le boîtier 30 comporte aussi une deuxième cloison horizontale 56 qui divise la deuxième chambre C2 en deux sous- chambres supérieure C'2 à laquelle est reliée la première sortie SI et inférieure C"2 à laquelle est reliée la deuxième entrée E2. La cloison fixe 56 comporte un deuxième orifice secondaire 57 qui relie les deux sous-chambres C'2 et C"2 dans lequel est monté un obturateur commandé qui est ici réalisé sous la forme 1l d'un deuxième volet secondaire pivotant d'obturation V2 qui est susceptible d'occuper la première position illustrée à la figure 8 dans laquelle l'orifice 57 est fermé. Il est ainsi possible, lors de la phase de régénération du filtre à particules 42 illustrée à la figure 8 en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et les premier VI et deuxième V2 volets secondaires sont fermés, de court-circuiter le circuit 36 de refroidissement de l'air de suralimentation. L'air venant du compresseur 26 va directement au moteur 12 en passant par io l'entrée 1E, les zones Cl, puis C'2 et la sortie SI. La prestation acoustique est assurée par la zone C'2 grâce à son volume important et au saut de section. Lors de la phase (non représentée) d'utilisation à grande performance du moteur en vue de laquelle le volet principal V est ouvert et les premier VI et deuxième V2 volets secondaires sont ouverts, le boîtier 30 est dans la même configuration que celle de la figure 4 sans volet secondaire. L'air arrive du compresseur 26 par l'entrée El et passe par la zone Cl, puis se dirige par la zone C"1 et la sortie 2S vers l'entrée du circuit de refroidissement 36 en passant par le volet VI qui est ouvert. Ensuite l'air refroidi par le circuit 36 revient dans la zone C"2 par l'entrée 2E et passe par le volet V2 qui est ouvert, pour traverser enfin la zone C'2 et l'écoulement sort par la sortie 1S en direction du répartiteur 14. Pour assurer une bonne prestation de remplissage, il est nécessaire que le volume de la zone C'2 soit important, par exemple de l'ordre de 3 litres et qu'un saut de section existe entre la zone C'2 et le conduit 18 qui mène au répartiteur d'admission 14. Les trois volets V, VI et V2 peuvent être commandés par 30 un seul moteur électrique (non représenté). Selon les différents modes de réalisation et variantes, les stratégies de commande du ou des volets commandés peuvent dépendre: - en fonctionnement en boucle ouverte, des différents paramètres de fonctionnement du moteur (régime, position de la pédale d'accélérateur, pressions, températures, etc.) et de la détection de la position angulaire du ou des volets; - en fonctionnement en boucle fermée, de l'information représentative de la position du volet. REVENDICATIONS 1. Circuit (10) d'admission des gaz, notamment d'air, dans un moteur (12) à combustion de véhicule automobile du type comportant au moins un conduit (32, 14) d'admission dans un cylindre (16) du moteur et au moins un conduit (20) d'échappement des gaz hors du cylindre qui est relié à une entrée d'un dispositif (24) de suralimentation dont une sortie (28) est reliée audit conduit d'admission par l'intermédiaire d'un boîtier (30) de répartition, lo caractérisé en ce que le boîtier (30) de répartition comporte une première entrée (El) reliée à ladite sortie du dispositif de suralimentation (24, 26, 28), une première sortie (SI) reliée audit conduit d'admission (32, 14), une deuxième sortie (S2) reliée à un autre circuit (36), et une deuxième entrée (E2) reliée à cet autre circuit (36), et au moins un organe commandé (V, VI, V2) qui est monté mobile à l'intérieur du boîtier (30) entre: - au moins une première position mettant en communication, d'une part, la première entrée (El) avec la première sortie (SI) et, d'autre part, la deuxième entrée (E2) avec la deuxième sortie (S2) ; - et au moins une deuxième position mettant,en communication, d'une part, la première entrée (El) avec la deuxième sortie (S2) et, d'autre part, la deuxième entrée (E2) avec la première sortie (SI). 2. Circuit d'admission selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, dans ladite première position de l'organe mobile, la première entrée (El) est isolée de la deuxième sortie (S2) et la première sortie (SI) est isolée de la deuxième entrée (E2), et en ce que, dans ladite deuxième position de l'organe mobile, la première entrée (El) est isolée de la première sortie (SI) et la deuxième entrée (E2) est isolée de la deuxième sortie (S2). 3. Circuit d'admission selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier (30) comporte une chambre unique à la quelle sont reliées la première entrée (El), la première sortie (SI), la deuxième entrée (E2), et la deuxième sortie (S2), et en ce que ledit organe mobile est un volet unique (V) de répartition qui partage ladite chambre unique (C) en deux parties et qui est monté mobile entre lesdites première et seconde positions. 4. Circuit d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans ladite première position de l'organe mobile, la première entrée (El) est reliée à la deuxième sortie (S2) et la première sortie (SI) est reliée à la deuxième entrée (E2), et en ce que, dans ladite deuxième position de l'organe mobile, la première entrée (El) est isolée de la première sortie (SI) et la deuxième entrée (E2) est isolée de la deuxième sortie (S2). 5. Circuit d'admission selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier (30) comporte une cloison fixe principale (50) qui le divise en une première chambre (Cl), à laquelle sont reliées la première entrée (E1) et la deuxième sortie (S2), et une deuxième chambre (C2), à laquelle sont reliées la deuxième entrée (E2) et la première sortie (S1), et en ce que la cloison fixe comporte un orifice principal (52) dont l'ouverture est commandée par un volet principal (V) commandé d'obturation qui est monté mobile entre lesdites première et deuxième positions. 6. Circuit d'admission selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un premier volet secondaire (VI) commandé d'obturation de la deuxième sortie (S2). 7. Circuit d'admission selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième volet secondaire (V2) commandé d'obturation de la deuxième entrée (E2). 8. Circuit d'admission selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (30) comporte: - une première cloison secondaire (54) qui divise la première chambre (Cl) en une première sous-chambre (C'1) à a laquelle est reliée la première entrée (El) et en une deuxième sous-chambre (C"1) à laquelle est reliée la deuxième sortie (S2), et qui comporte un premier orifice secondaire (55) dont l'ouverture est commandée par un premier volet secondaire (VI) commandé d'obturation; - et une deuxième cloison secondaire (56) qui divise la deuxième chambre (C2) en une première sous-chambre (C'2) à laquelle est reliée la première sortie (SI) et en une deuxième sous-chambre (C"2) à laquelle est reliée la deuxième entrée (E2), et qui comporte un deuxième orifice secondaire (57) dont l'ouverture est commandée par un deuxième volet secondaire (V2) commandé d'obturation; et en ce que ledit orifice principal (52) dont l'ouverture est commandée par le volet principal (V) commandé d'obturation est agencé dans la cloison (50) séparant lesdites premières sous-chambres (C'1, C'2). 9. Circuit d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit autre circuit est un circuit (36) de refroidissement des gaz de suralimentation. 10. Circuit d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de suralimentation (24) est un turbocompresseur (22, 26).