Brevet FR2883924A1 — publié le 20061006

L'invention concerne un système de commande d'un moteur pourvu d'un turbocompresseur. De façon générale un turbocompresseur comprend une turbine, un compresseur ainsi que des conduites destinées notamment à alimenter le 5 moteur en air à partir du turbocompresseur. De façon connue en soi, dans un turbocompresseur la turbine est entraînée en rotation par des gaz de sortie du moteur en provenance d'un collecteur d'échappement. En sortie de la turbine, lesdits gaz sont évacués au travers d'organes io d'échappement, notamment un pot d'échappement. Par ailleurs, la turbine est reliée au compresseur de sorte que celui-ci est entraîné par elle en rotation. Le compresseur est alors apte à comprimer de l'air qu'il reçoit en entrée et à fournir cet air comprimé en entrée du moteur, comme évoqué 15 précédemment. On sait qu'un tel turbocompresseur présente souvent une plage de fonctionnement relativement réduite. Il est en particulier difficile de réaliser des turbocompresseurs bénéficiant d'une plage de fonctionnement assez large pour un bon 20 compromis entre un couple satisfaisant à bas régime et puissance satisfaisante à régime maximal. On connaît des solutions qui permettent de résoudre au moins en partie ces problèmes. On peut par exemple compléter le turbocompresseur par un 25 compresseur électrique qui sera activé à faible régime moteur. Cette solution présente néanmoins un inconvénient majeur en terme de coûts. Une autre solution connue consiste à compléter le turbocompresseur d'un deuxième compresseur mécanique activé à faible régime moteur. Une telle solution présente elle aussi des inconvénients en terme de coûts et reste délicate à mettre en oeuvre. Une autre solution encore proposée dans le document FR 2 804 178, consiste à augmenter une énergie de la turbine à bas régime moteur en injectant un complément d'air dans les gaz d'échappement présents en 1 o amont de cette turbine. L'augmentation de l'énergie de la turbine est donc obtenue en augmentant le débit des gaz entrant dans celle-ci. Bien qu'ayant rendu de nombreux services, cette solution peut encore être améliorée. Un but de l'invention est donc de proposer un système de commande moteur pourvu d'un turbocompresseur plus performant. A cet effet, l'invention propose un moteur comprenant un turbocompresseur pourvu d'une turbine, de moyens aptes à injecter un complément d'air dans des gaz d'échappement présents en amont de la turbine de sorte à augmenter un débit des gaz entrant dans cette turbine et à fournir ainsi à celle-ci une première énergie supplémentaire, caractérisé en ce que le turbocompresseur comporte en outre au moins un organe qui, en coopération avec le complément d'air, est apte à mettre en oeuvre une combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées, de manière à fournir une seconde énergie supplémentaire à la turbine. Des aspects préférés du moteur selon l'invention sont les suivants: - l'un au moins des organes est un organe chauffant; - le moteur est agencé de sorte que le complément d'air provienne du compresseur et circule dans une conduite de dérivation d'air agencée pour injecter ledit complément d'air dans une conduite d'échappement d'au moins une chambre de combustion du moteur; - l'organe chauffant est agencé pour chauffer le complément d'air avant que celui-ci ne soit mélangé aux gaz d'échappement du moteur; l'organe chauffant est agencé pour chauffer les gaz d'échappement mélangés au complément d'air; -l'organe chauffant ci-dessus est installé dans la conduite de dérivation d'air; - l'organe chauffant est monté dans une culasse du moteur; -l'organe chauffant est installé dans une conduite d'échappement d'au moins une chambre de combustion du moteur; - l'organe chauffant ci-dessus chauffe en permanence; - l'organe est régulé en fonction d'un régime du moteur; - l'organe est une bougie de préchauffage. Par ailleurs, l'invention propose un procédé de commande d'un moteur dans lequel on entraîne une turbine d'un turbocompresseur avec des gaz d'échappement, on augmente en pression de l'air d'alimentation du moteur au moyen d'un compresseur dudit turbocompresseur, et on injecte un complément d'air dans les gaz d'échappement présents en amont de la turbine de sorte à augmenter un débit des gaz entrant dans cette turbine et à fournir ainsi à celle-ci une première énergie supplémentaire, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape où l'on met en oeuvre, au moyen d'un organe qui coopère avec le complément d'air, une combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées présentes dans les gaz d'échappement de sorte à fournir une seconde énergie supplémentaire à la turbine. Des aspects préférés du procédé selon l'invention sont les suivants: 5 l'organe est un organe chauffant; - on chauffe le complément d'air avant qu'il ne soit injecté dans les gaz d'échappement et/ou l'on chauffe les gaz d'échappement mélangés au complément d'air; -on chauffe continûment. Ainsi, grâce à l'invention, on profite d'une injection d'un complément d'air dans les gaz d'échappement pour augmenter le débit ainsi que la température des gaz entrant dans la turbine. Le ou les organe(s) prévu(s) à cet effet sont choisis pour maximiser les chances que la combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées présentes dans les gaz d'échappement en amont de la turbine soit réalisée. Un autre avantage de l'invention est que la combustion supplémentaire des particules polluantes imbrûlées qui permet d'augmenter la température des gaz destinés à entrer dans la turbine permet en outre d'améliorer la qualité des gaz d'échappement finalement émis vers l'extérieur à travers le pot d'échappement. D'autres buts et avantages seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, fait conjointement avec les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un système de commande pourvu d'un turbocompresseur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une culasse d'un moteur comportant un organe apte à coopérer avec le complément d'air pour mettre en oeuvre la combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées et fournir ainsi un apport d'énergie supplémentaire à la turbine, - la figure 3 est une vue schématique d'un second mode de réalisation 10 d'un système de commande selon l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, on a représenté un moteur 1 pourvu d'un répartiteur d'air d'alimentation 2 et d'un collecteur d'échappement 3. On a également représenté un turbocompresseur comportant un 15 compresseur 5, une turbine 6 et des moyens d'amenée d'air au répartiteur d'air 2 depuis le compresseur 5. Ces moyens consistent notamment en une conduite d'air 8 dotée éventuellement d'un échangeur thermique 9 (représenté en pointillés sur la figure 1) qui permet de refroidir l'air comprimé sortant du compresseur 5 avant que cet air ne soit injecté au travers de la conduite 8 dans le répartiteur d'air 2. Ce turbocompresseur est complété par des moyens aptes à injecter un complément d'air 50 dans les gaz d'échappement présents en amont de la turbine. Sur la figure 3, ces moyens sont notamment représentés par les références 18, 19 et 20, qui correspondent respectivement à une conduite d'entrée d'air, une vanne pilotée et un clapet anti-retour. Le complément d'air 50 pénètre dans la conduite 18, passe à travers la 5 vanne pilotée 19 qui peut être plus ou moins ouverte de manière à pouvoir contrôler le débit en sortie de cette vanne. L'air traverse ensuite le clapet anti-retour 20 qui évite que les gaz d'échappement en provenance du collecteur 3 n'atteigne la vanne pilotée 19 en empêchant une circulation inverse de gaz, notamment à haut régime. Selon l'invention, on prévoit en outre pour le turbocompresseur au moins un organe 21 qui, en coopération avec le complément d'air 50, est apte à mettre en oeuvre une combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées présentes dans les gaz d'échappement en amont de la turbine 6, notamment ceux présents dans le collecteur d'admission. Comme évoqué précédemment, l'organe 21 prévu selon l'invention a pour fonction de coopérer avec le complément d'air 50 pour augmenter la combustion des particules polluantes dans les gaz d'échappement. A cet effet, l'organe peut notamment être un organe chauffant comme par exemple une résistance thermique. Dans un premier mode de réalisation, le ou les organe(s) chauffant(s) 21 sont agencés pour chauffer les gaz d'échappement mélangés au complément d'air 50. A cet effet, ils peuvent par exemple être installés dans le collecteur d'échappement 3 où ledit mélange a lieu, la figure 3 illustrant une telle 25 réalisation. Dans ce mode de réalisation, le complément d'air 50 transporté par la conduite 18 et injecté au niveau du collecteur d'échappement 3 est relativement frais. La combinaison de ce complément d'air frais 50 comportant de l'oxygène, et de l'augmentation en température des gaz par les organes 21 permet avantageusement de réaliser une combustion supplémentaire des particules polluantes non encore brûlées et présentes dans lesdits gaz. Sur la figure 2, on a illustré un exemple non limitatif d'implémentation dans le moteur de ce mode de réalisation. Une culasse 30 du moteur 1 comporte une chambre de combustion 31 dotée d'une conduite d'admission 32 associée à une soupape d'admission 33 et d'une conduite d'échappement 34 associée à une soupape d'échappement 35. La culasse comporte en outre une bougie 36 dont des électrodes 37 et 15 38 font saillie à l'intérieur de la chambre de combustion 31. La conduite 18 qui permet d'amener le complément d'air 50 est montée sur un côté de la culasse 30 et communique avec la conduite d'échappement 34 au moyen d'un passage 39 traversant une épaisseur de la culasse 30. Par conséquent, les gaz d'échappement, représentés par la référence 40 sur la figure 2, se mélangent au complément d'air frais 50 à l'intérieur de la conduite d'échappement 34. L'organe chauffant 21 est monté dans la culasse 30 du moteur de sorte que la partie 21 de cet organe qui chauffe se trouve à l'intérieur de la 25 conduite d'échappement 34. Dans l'exemple non limitatif considéré ici, l'organe 21 traverse à la verticale toute l'épaisseur de la culasse 30 de sorte que l'on peut accéder à cet organe depuis l'extérieur notamment pour le contrôler. Bien entendu, ledit organe 21 pourra être installé à un endroit différent, mais l'essentiel dans ce mode de réalisation est qu'il soit agencé de manière à chauffer les gaz d'échappement et le complément d'air une fois mélangés. Dans un autre mode de réalisation, on a représenté sur la figure 3 l'organe chauffant 21 agencé pour chauffer le complément d'air 50 avant 10 qu'il ne soit injecté dans les gaz d'échappement du moteur. Un avantage dans ce mode de réalisation est que lors de la réalisation du mélange, le complément d'air possède déjà une température élevée. De cette manière, contrairement au mode de réalisation précédent, l'injection du complément d'air 50 ne refroidit pas, tout du moins refroidit moins, les gaz d'échappement expulsés de la chambre de combustion 31 via la conduite d'échappement 34. La température du mélange ainsi réalisé possédant alors une température plus élevée que celle du mélange dans le premier mode de réalisation, on améliore le rendement de combustion des particules polluantes imbrûlées. Un autre avantage de ce deuxième mode de réalisation est que le turbocompresseur peut comporter un seul organe chauffant 21 pour augmenter la température du mélange de façon homogène. En effet, le complément d'air frais fourni par la conduite 18 et chauffé 25 ensuite par l'organe 21 est réparti uniformément dans le collecteur d'échappement 3. Bien entendu, la figure 3 ne représente qu'un exemple non limitatif de ce mode de réalisation. Par ailleurs, on notera sur cette figure, que le complément d'air frais 50 provient avantageusement du compresseur 5 grâce à une conduite de dérivation 60 agencée pour relier la conduite 8 en aval de ce compresseur à la vanne pilotable 19. Comme illustré encore sur cette figure, l'organe chauffant 21 est installé dans la conduite 18 juste à une entrée du collecteur d'échappement 3. Bien entendu, on pourra prévoir de combiner les deux modes de réalisation susmentionnés. Par exemple, on pourra utiliser un turbocompresseur dont le complément d'air provient du compresseur par la conduite de dérivation 60 et comprenant un organe 21 installé dans la conduite 18 reliée à une entrée du collecteur d'échappement 3, et dont au moins un organe chauffant 21 est installé dans au moins une conduite d'échappement 34 du moteur. Par ailleurs, il est évident que dans le premier mode de réalisation, le complément d'air peut provenir du compresseur au moyen de la conduite de dérivation. Dans tous les cas, afin de garantir qu'un minimum de combustion des particules polluantes imbrûlées soit mis en oeuvre, et donc qu'un minimum d'apport d'énergie soit fourni à la turbine 6, on prévoit selon l'invention que l'organe chauffant 21 soit activé de manière permanente, et ce notamment quel que soit le régime moteur. On pourra toutefois dans une variante moduler la puissance de chauffage de cet organe en fonction de ce régime moteur. i0 Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites de façon non limitative ci-dessus. En particulier, il est possible d'installer un organe 21 dans la conduite 14 qui relie la sortie du collecteur d'échappement 3 à l'entrée de la turbine 6. Un avantage de cette solution est que les gaz d'échappement mélangés au complément d'air sont chauffés le plus tardivement possible avant d'entrer dans la turbine 6, de sorte qu'il existe une déperdition thermique relativement limitée. On notera en outre qu'il existe différents organes possibles. En tant qu'organe chauffant, on peut par exemple utiliser une bougie de préchauffage agencée de telle manière que ces électrodes, en particulier une électrode centrale, puisse être en contact avec le complément d'air ou ledit mélange. Par ailleurs, dans le présent mode de réalisation décrit plus haut, on 15 peut aussi utiliser en tant qu'organe 21 un système d'injection supplémentaire d'un fluide inflammable. Par exemple, on peut agencer une ouverture dans la conduite 14 (figure 1) en vue d'injecter du carburant apte à s'enflammer avec le complément d'air, et augmenter ainsi la température des gaz d'échappement entrant dans la turbine 6. Il REVENDICATIONS 1. Moteur comprenant un turbocompresseur pourvu d'une turbine (6), de moyens (18, 19, 20) aptes à injecter un complément d'air (50) dans des gaz d'échappement présents en amont de la turbine (6) de sorte à augmenter un débit des gaz entrant dans cette turbine et à fournir ainsi à celle-ci une première énergie supplémentaire, caractérisé en ce que le turbocompresseur comporte en outre au moins un organe (21) qui, en coopération avec le complément d'air (50), est apte à mettre en oeuvre une combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées, de manière à fournir une seconde énergie supplémentaire à la turbine (6). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des organes (21) est un organe chauffant. 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé de sorte que le complément d'air (50) provienne du compresseur (5) et circule dans une conduite de dérivation d'air (60) agencée pour injecter ledit complément d'air (50) dans une conduite d'échappement (3) d'au moins une chambre de combustion (31) du moteur. 4. Moteur selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que l'organe chauffant (21) est agencé pour chauffer le complément d'air (50) avant que celui-ci ne soit mélangé aux gaz d'échappement du moteur. 5. Moteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que 5 l'organe chauffant (21) est agencé pour chauffer les gaz d'échappement mélangés au complément d'air (50). 6. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe chauffant (21) est installé dans la conduite de dérivation d'air (60). 7. Moteur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'organe chauffant (21) est monté dans une culasse (30) du moteur. 8. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe 15 chauffant (21) est installé dans une conduite d'échappement (34) d'au moins une chambre de combustion (31) du moteur. 9. Moteur selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'organe chauffant chauffe en permanence. 10. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (21) est régulé en fonction d'un régime du moteur. 11. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 25 ce que l'organe (21) est une bougie de préchauffage (21) . 12. Procédé de commande d'un moteur (100) dans lequel on entraîne une turbine (6) d'un turbocompresseur avec des gaz d'échappement, on augmente en pression de l'air d'alimentation du moteur au moyen d'un compresseur (5) dudit turbocompresseur, et on injecte un complément d'air (50) dans les gaz d'échappement présents en amont de la turbine (6) de sorte à augmenter un débit des gaz entrant dans cette turbine (6) et à fournir ainsi à celle-ci une première énergie supplémentaire, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape où l'on met en oeuvre, au moyen d'un organe (21) qui coopère avec le complément d'air (50), une combustion supplémentaire de particules polluantes imbrûlées présentes dans les gaz d'échappement de sorte à fournir une seconde énergie supplémentaire à la turbine (6). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'organe (21) est un organe chauffant. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on chauffe le complément d'air (50) avant qu'il ne soit injecté dans les gaz d'échappement et/ou l'on chauffe les gaz d'échappement mélangés au complément d'air (50). 15. Procédé selon l'une des revendications 13 à 14, caractérisé en ce que l'on chauffe continûment.