Brevet FR2859759A1 — publié le 20050318

Procédé d'auqmentation du rendement des moteurs suralimentés La présente invention se rapporte à un procédé d'alimentation des 5 moteurs à explosion suralimentés installés sur les véhicules automobiles et à un système permettant de le mettre en oeuvre. La réduction de la consommation en carburant des moteurs à combustion interne et plus particulièrement des moteurs à explosion pour automobile est un objectif constant. Pour ce faire, on essaie d'améliorer le lo rendement de ces moteurs, notamment en les suralimentant. La suralimentation consiste essentiellement à utiliser l'énergie fournie par les gaz d'échappement pour comprimer le mélange air/carburant dans les cylindres du moteur. On utilise alors une turbomachine, laquelle comprend une turbine destinée à être entraînée par les gaz d'échappement et un compresseur lui-même entraîné directement par la turbine et qui est adaptée à injecter de l'air sous pression dans un collecteur d'admission du moteur. Un inconvénient de ces turbomachines, notamment pour les moteurs à allumage commandé, réside dans leur condition de mise en oeuvre sur une 1 arge plage d e régime moteur élargie, e ntre 1 000 et 6 000 tr/mn, et dans la difficulté de trouver un bon compromis entre le couple et la puissance. Le compromis est fait au détriment du couple à bas régime, les turbines actuellement utilisées dans cette application, ne permettant pas, à ce régime, d'obtenir une énergie disponible suffisante pour accroître ce couple. Or, c'est précisément dans leur aptitude à fournir un couple important à faible régime, que réside l'intérêt des turbomachines pour les moteurs à allumage commandé. Un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente 30 invention, est alors de proposer des moyens qui permettent d'utiliser les turbomachines actuelles pour fournir une énergie suffisante à faible régime moteur, ladite énergie étant susceptible d'accroître le couple moteur à ce régime. Dans ce but, selon un premier objet, la présente invention propose un procédé d'alimentation des moteurs à explosion suralimentés installés sur les véhicules automobiles, le moteur étant suralimenté par un compresseur entraîné par une turbine qui est elle-même entraînée par les gaz d'échappement dudit moteur, ledit moteur étant relié à ladite turbine par une tubulure d'échappement et au compresseur par un collecteur d'admission, ledit collecteur d'admission étant adapté à recevoir le io carburant provenant d'un réservoir pour alimenter ledit moteur; ledit procédé consistant à alimenter la tubulure d'échappement e n carburant de façon que la combustion dudit carburant dans ladite tubulure d'échappement fournisse une énergie supplémentaire à ladite turbine. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'une chambre de combustion supplémentaire, dans la tubulure d'échappement, sur le trajet des gaz d'échappement vers la turbine. De la sorte, grâce à la combustion du carburant dans la tubulure d'échappement, en plus de l'énergie fournie par les gaz d'échappement, de l'énergie supplémentaire est apportée à la turbine, ce qui augmente la compression par le biais du compresseur et par conséquent le couple moteur. En outre, cette énergie supplémentaire est fournie indépendamment du régime moteur, puisqu'elle dépend uniquement de la combustion du carburant dans la tubulure d'admission. De surcroît, il n'est nul besoin de prévoir des turbomachines 25 différentes de celles qui ont été utilisées jusqu'à présent ni même de modifier les moteurs, ce qui permet de mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention à un coût avantageux. Selon une caractéristique de l'invention particulièrement avantageuse, on récupère les vapeurs de carburant dudit réservoir, qui 30 étaient auparavant mal aisée à recycler sans être condensées, pour alimenter ladite tubulure d'échappement. Ces vapeurs de carburant sont avantageusement stockées dans un réceptacle qui présente une entrée et une sortie, ladite sortie étant adaptée à être relié à ladite tubulure d'échappement et ladite entrée audit collecteur d'admission pour transférer sous pression lesdites vapeurs de carburant vers ladite tubulure d'échappement. Ainsi, grâce à la pression qui règne dans le collecteur d'admission qui est alimenté en air comprimé par le compresseur, on chasse les vapeurs de carburant du réceptacle vers la sortie puis vers la tubulure d'échappement sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens additionnels d'entraînement. io Avantageusement, on transfert sous pression lesdites vapeurs de carburant dudit réceptacle vers ladite tubulure d'échappement lorsque la vitesse de rotation du moteur est comprise entre 1200 et 3000 tr/mn, précisément dans la plage de régime moteur où on a besoin de couple. Selon un autre objet, la présente invention propose un système d'alimentation des moteurs à explosion suralimentés installés sur les véhicules automobiles, 1 e moteur étant suralimenté par un compresseur entraîné par une turbine qui est elle-même entraînée par les gaz d'échappement dudit moteur, ledit moteur étant relié à ladite turbine par une tubulure d'échappement et au compresseur par un collecteur d'admission, ledit collecteur d'admission étant adapté à recevoir le carburant provenant d'un réservoir pour alimenter ledit moteur; ledit système comprenant en outre, des moyens d'alimentation en carburant de la tubulure d'échappement de façon que la combustion dudit carburant dans ladite tubulure d'échappement fournisse une énergie supplémentaire à ladite turbine. De façon avantageuse, ces moyens d'alimentation comprennent un réceptacle adapté à stocker les vapeurs de carburant d udit réservoir et ledit réceptacle comprend une sortie qui est reliée par u ne conduite de transfert à ladite tubulure d'échappement. Ainsi, les vapeurs de carburant sont recueillies, à partir du réservoir dans un réceptacle contenant par exemple du charbon actif sur lequel elles s'adsorbent et elles sont ensuite guidées dans la conduite de transfert vers la tubulure d'échappement. Par ailleurs, le réceptacle présente une entrée qui est reliée audit collecteur d'admission par une conduite d e propulsion, d e s ode que de l'air sous pression est injecté dans le réceptacle et propulse les vapeurs de carburant vers la sortie qui s'acheminent dans la tubulure d'échappement via la conduite de transfert. Cette conduite de transfert comporte une première électrovanne adaptée à contrôlée l'ouverture de ladite conduite de transfert, pour libérer l'ouverture quand de l'énergie supplémentaire est nécessaire, notamment à bas régime, ou pour obturer l'ouverture quand aucun besoin d'énergie io supplémentaire n'est nécessaire. Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, ladite sortie dudit réceptacle et ledit collecteur d'admission sont adaptés à être reliés directement ensemble par une conduite de dérivation dont l'ouverture est contrôlée par une Is seconde électrovanne, de façon à réinjecter les vapeurs de carburant dans le collecteur d'admission lorsque le réceptacle est plein et qu'aucun besoin en énergie supplémentaire n'est nécessaire pour la turbine. Par ailleurs, le système d'alimentation comprend des moyens de commande, adaptés à commander l'alimentation en carburant de ladite tubulure d'échappement notamment en commandant l'ouverture desdites électrovannes et ce de façon automatique en fonction du régime moteur. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - l'unique Figure est un schéma synoptique des différents éléments d'un système d'alimentation des moteurs à explosion suralimentés conformes à l'invention. Sur cette unique Figure, est illustré de manière schématique un moteur à explosion suralimenté. Le moteur comporte une culasse 10 dans laquelle sont schématisés quatre cylindres 12 en vue de dessus qui sont surmontés d'une part, par un collecteur d'admission 14 et par une tubulure d'échappement 16 d'autre part. Le collecteur d'admission 14 est adapté à être connecté à un réservoir de carburant 18 par une canalisation non représentée et à une turbomachine 20. Cette turbomachine comporte une turbine 22 adaptée à recevoir directement des gaz d'échappement par l'intermédiaire de la tubulure d'échappement 16 et un compresseur 24, entraîné en rotation par la turbine 22, qui est susceptible d'aspirer de l'air à travers un filtre à air 26 et à comprimer cet air dans le collecteur d'admission par le biais d'un organe tubulaire 28. L'air est injecté dans le collecteur d'admission 14, en amont d'un papillon 29, par rapport au sens de l'écoulement. En outre, le système conforme à l'invention et illustré sur cette Figure comporte un réceptacle 30 communément appelé canister et dans lequel est emprisonné du charbon actif sous forme de cartouche, par exemple, qui permet d'adsorber les vapeurs de carburant. Le réceptacle 30 est d'une part relié au réservoir de carburant 28 par un premier tube 32 muni d'une première vanne anti-retour 34, pour que les vapeurs de carburant puissent s'échapper à travers et être stockées dans ledit réceptacle 30, et d'autre part il est relié à la fois au collecteur d'admission 14 par une conduite de propulsion 36 et à la tubulure d'échappement 16 par le biais d'une conduite de transfert 38. Cette conduite de transfert 38 est reliée à une première extrémité 40 formant sortie du réceptacle 30, tandis que la conduite de propulsion 36 est reliée à une seconde extrémité 42 formant entrée. En outre, la conduite de transfert 38 comporte successivement, du réceptacle 30 vers la tubulure d'échappement 16, une seconde vanne anti-retour 44 et une première vanne d'arrêt 46, de chaque côté de laquelle des capteurs de pression 48, 50 sont adaptés à mesurer la pression interne de la conduite de transfert 38. De surcroît, le collecteur d'admission 14 est susceptible d'être 30 connecté à la conduite de transfert 38 au moyen d'une conduite de dérivation 52 qui est raccordée entre la première vanne d'arrêt 46 et la seconde vanne anti-retour 34 et qui présente une seconde vanne d'arrêt 54 et traverse un échangeur thermique 56. Le système est adapté à être commandé par des moyens de commande non représentés en fonction notamment du régime moteur, s c'est-à-dire de la vitesse de rotation du moteur qui dépend notamment du débit d'alimentation en carburant. Ainsi, après avoir décrit les éléments constitutifs de l'invention on décrira toujours en référence à l'unique Figure, le fonctionnement du système. lo Les vapeurs de carburant sont récupérées dans le réceptacle 30 où elles sont temporairement stockées. Ensuite, lorsque de l'énergie supplémentaire doit être ajoutée à celle des gaz d'échappement pour augmenter le travail de la turbine 22 on purge le réceptacle 30. Cette purge est réalisée par un gradient de pression qui est établi, du réceptacle 30 vers la tubulure d'échappement 16 grâce à la pression d'air amont papillon du collecteur d'admission 14 due au compresseur 24, lequel collecteur d'admission 14 est relié au réceptacle 30 par la conduite de propulsion 36. Afin que ledit gradient de pression entraîne les vapeurs de carburant du réceptacle 30 vers la tubulure d'échappement 16, la conduite de transfert 38 est libérée par la première électrovanne 46 et la seconde électrovanne est en position d'obturation tandis que 1 a première vanne anti-retour 34 est active pour que les vapeurs de carburant ne refluent pas dans le réservoir 18. Pour que la purge du réceptacle 30 se produise normalement, le régime moteur doit être compris entre 1000 et 3000 tr/mn et ce régime correspond précisément à la plage dans laquelle des besoins en énergie supplémentaire sont nécessaires. II est ainsi, utile de prévoir que les moyens de commande, commandent le fonctionnement du système selon le processus ci-dessus décrit, uniquement dans cette plage de régime moteur. Par ailleurs, selon un autre processus, lorsqu'il n'est plus nécessaire d'apporter d'énergie supplémentaire, les moyens de commande commandent la fermeture de la première électrovanne 46 et l'ouverture de la seconde électrovanne 54, et les vapeurs de carburant sont réinjectées au niveau aval papillon 29 du collecteur d'admission 14. En outre, un dispositif anti-retour doit être prévu dans la conduite de transfert 38 pour éviter que les gaz d'échappement ne remontent dans le réceptacle 30. Pour ce faire, on utilise les deux capteurs de pression 48, 50 qui grâce aux moyens de commande autorisent ou interdisent l'ouverture de la première électrovanne 46 en fonction de la différence de pression. S i la p ression d ans la conduite de transfert 38 est supérieure io vers la tubulure d'échappement 16 par rapport à l'autre pression, il y a lieu alors de fermer la première électrovanne 46. Cependant, grâce à la vanne anti-retour 44, qui évitent toute remontée de gaz ou de vapeurs vers le réceptacles, et à la seconde vanne d'arrêt 54 qui peut être maintenue en position ouverte, les gaz d'échappement sont susceptibles d'être réintroduits dans le collecteur d'admission 14 en libérant la première électrovanne 46. Compte tenu de l'énergie thermique stockée dans ces gaz d'échappement, une partie est apte à être récupérée dans l'échangeur thermique 56. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention non représenté, l'alimentation en carburant est adaptée à être partiellement dérivée dans la tubulure d'échappement pour apporter de l'énergie supplémentaire à la turbine d ans le cas ou de l'énergie supplémentaire serait nécessaire à son bon fonctionnement et ou le réceptacle serait vide. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation des moteurs à explosion suralimentés installés sur les véhicules automobiles, le moteur étant suralimenté par un compresseur (24) entraîné par une turbine (22) qui est elle-même entraînée par les gaz d'échappement dudit moteur, ledit moteur étant relié à ladite turbine (22) par une tubulure d'échappement (16) et au compresseur (24) par un collecteur d'admission (14), ledit collecteur io d'admission (14) étant adapté à recevoir le carburant provenant d'un réservoir (18) pour alimenter ledit moteur; caractérisé en ce qu'on alimente en outre la tubulure d'échappement (16) en carburant de façon que la combustion dudit carburant dans ladite tubulure d'échappement (16) fournisse une énergie supplémentaire à ladite turbine (22). 2. Procédé d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on récupère les vapeurs de carburant dudit réservoir (18) pour alimenter ladite tubulure d'échappement (16). 3. Procédé d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on stocke lesdites vapeurs de carburant dans un réceptacle (30) qui présente une entrée (42) et une sortie (40), ladite sortie (40) étant adaptée à être relié à ladite tubulure d'échappement (16) et ladite entrée audit collecteur d'admission (14) pour transférer sous pression lesdites vapeurs de carburant vers ladite tubulure d'échappement (16). 4. Procédé d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on transfert sous pression lesdites vapeurs de carburant dudit réceptacle (30) vers ladite tubulure d'échappement (16) lorsque la vitesse de rotation du moteur est comprise entre 1200 et 3000 tr/mn. 5. Système d'alimentation des moteurs à explosion suralimentés installés sur les véhicules automobiles, le moteur étant suralimenté par un compresseur (24) entraîné par une turbine (22) qui est elle-même entraînée par les gaz d'échappement dudit moteur, ledit moteur étant relié à ladite turbine (22) par une tubulure d'échappement (16) et au compresseur (24) par un collecteur d'admission (14), ledit collecteur d'admission (14) étant adapté à recevoir le carburant provenant d'un réservoir (18) pour alimenter ledit moteur; caractérisé en ce qu'il comprend en outre, des moyens d'alimentation en carburant de la tubulure d'échappement (16) de façon que la combustion dudit carburant dans ladite tubulure d'échappement (16) fournisse une énergie supplémentaire à ladite turbine (22). 6. Système d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en i0 ce que lesdits moyens d'alimentation comprennent un réceptacle (30) adapté à stocker les vapeurs de carburant dudit réservoir (18) et en ce que ledit réceptacle (30) comprend une sortie (40) qui est reliée par une conduite de transfert (38) à ladite tubulure d'échappement (16). 7. Système d'alimentation selon la revendication 6, caractérisé en is ce que ledit réceptacle (30) présente une entrée (42) qui est reliée audit collecteur d'admission (14) par une conduite de propulsion (36). 8. Système d'alimentation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite conduite de transfert (38) comporte une première électrovanne (46) adaptée à contrôler l'ouverture de ladite conduite de transfert (38). 9. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ladite sortie (40) dudit réceptacle et ledit collecteur d'admission (14) sont adaptés à être reliés directement ensemble par une conduite de dérivation (52) dont l'ouverture est contrôlée par une seconde électrovanne (54). 10. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande moteur, adaptés à commander l'alimentation en carburant de ladite tubulure d'échappement (16).