Brevet FR2876419A1 — publié le 20060414

Procédé et dispositif d'alimentation et comburant d'un moteur à explosion L'invention a pour objet un procédé et un dispositif d'alimentation en comburant de la chambre de combustion d'un moteur à explosion, en particulier d'un moteur diesel. On sait que la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne de véhicule, en particulier d'automobile, doit être alimentée en comburant, et qu'il est intéressant, en particulier dans le cas d'un moteur diesel, d'utiliser comme comburant un mélange d'air frais et de gaz d'échappement recyclés, notamment pour réduire les risques de pollution. Le circuit d'admission dans la chambre de combustion comprend donc, normalement, un circuit d'air frais qui peut avantageusement comporter un compresseur de suralimentation et un circuit de gaz d'échappement recyclés, appelés souvent EGR. Ces deux circuits se rejoignent dans un collecteur d'admission qui réalise le mélange air/EGR et débouche dans la chambre de combustion. Ce collecteur de mélange est associé à un moyen de réglage des débits relatifs afin de régler le taux en EGR du mélange. En effet, sur l'ensemble du cycle de fonctionnement du moteur, il est intéressant de maîtriser, autant que possible, les quantités relatives d'EGR et d'air frais admis dans le moteur. A cet effet, pour augmenter la quantité de gaz EGR sans réduire le volume d'air frais admis, il est connu d'installer sur le circuit des gaz recyclés, un refroidisseur qui réduit la température des gaz d'échappement, et, par condensation, augmente donc la densité massique du gaz recyclé dans le mélange. Compte tenu de la température élevée des gaz d'échappement, le fluide caloporteur est, généralement, l'eau de refroidissement du moteur, le refroidisseur étant, donc, un échangeur gaz/eau. Toutefois, le mélange air frais/EGR est souvent trop froid, ce qui dégrade la combustion et risque d'influer de façon défavorable sur la quantité de polluant rejeté par le moteur ainsi que le bruit généré par la combustion. L'invention a pour objet d'éviter de tels inconvénients grâce à un nouveau procédé et un dispositif permettant de maîtriser simultanément, d'une part, la température du mélange air/EGR et, d'autre part, le taux en EGR du mélange sans réduire le volume d'air frais admis. L'invention concerne donc, d'une façon générale, un procédé d'alimentation d'une chambre de combustion d'un moteur à explosion en un mélange comburant d'au moins deux gaz, respectivement de l'air alimenté par un premier circuit de suralimentation et du gaz d'échappement recyclé (EGR) alimenté par un second circuit de recyclage comportant un moyen de refroidissement du gaz recyclé pour l'augmentation de sa densité massique, les deux circuits débouchant, par l'intermédiaire d'un moyen de réglage des débits, dans un collecteur de mélange des gaz avant leur admission dans la chambre de combustion. Conformément à l'invention, au moins une partie de l'air de suralimentation est réchauffée avant son mélange avec le gaz d'échappement refroidi de façon à porter la température du mélange à un niveau correct pour la combustion, sans diminuer la densité massique du gaz d'échappement recyclé. Pour assurer une suralimentation du moteur, l'air admis est, normalement, comprimé par un turbocompresseur placé sur le circuit de suralimentation et, de ce fait, sa température est augmentée. Habituellement, le circuit d'air comporte donc un moyen de refroidissement de l'air avant son admission dans le collecteur de mélange. Dans ce cas, conformément à l'invention, le réchauffement d'au moins une partie de l'air de suralimentation est effectué sur un circuit dérivé, en parallèle du refroidisseur d'air, de façon à régler la température du mélange selon la température du moteur, le moteur froid étant alimenté en air réchauffé et en gaz d'échappement refroidi et le moteur chaud étant alimenté en air et en gaz refroidis. Cependant, le réchauffeur d'air peut aussi être placé sur le circuit de suralimentation, entre le refroidisseur d'air et le collecteur de mélange, le réchauffeur servant à compenser, en cas de besoin, le refroidissement de l'air de suralimentation de façon à maximiser le taux de gaz d'échappement recyclé tout en maintenant la température du mélange d'air et de gaz EGR à un niveau correct pour la combustion. De façon particulièrement avantageuse, le réchauffage de l'air de suralimentation est effectué électriquement. Grâce à l'invention, il est ainsi possible de régler simultanément, d'une part les températures respectives du gaz recyclé et de l'air suralimenté et d'autre part leurs débits relatifs de façon à doser le taux de gaz EGR dans le mélange en fonction des besoins. L'invention couvre également un dispositif d'alimentation d'une chambre de combustion d'un moteur à explosion comportant deux circuits séparés d'alimentation, respectivement en air de suralimentation et en gaz d'échappement recyclé qui débouchent dans un collecteur de mélange, le circuit de recyclage comportant un moyen de refroidissement du gaz d'échappement recyclé. Conformément à l'invention, le circuit de suralimentation comprend un moyen de réchauffage, de préférence électrique, d'au moins une partie de l'air de suralimentation avant son mélange avec le gaz d'échappement recyclé. Dans le cas habituel où le circuit de suralimentation comporte un moyen de refroidissement de l'air frais, le moyen de réchauffage est disposé en parallèle dudit moyen de refroidissement de l'air sur un circuit dérivé ayant une entrée et une sortie branchées sur le circuit de suralimentation, respectivement en amont du moyen de refroidissement, par l'intermédiaire d'un moyen de réglage du débit dérivé et en amont du moyen de réglage des débits d'air et de gaz dans le collecteur de mélange. L'invention couvre également d'autres caractéristiques avantageuses qui apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple non limitatif et illustré par le schéma annexé. La figure unique montre schématiquement un dispositif selon l'invention d'alimentation d'un moteur en air et en gaz d'échappement recyclé. Un tel dispositif comporte donc, comme habituellement, un premier circuit 1 d'air de suralimentation, branché sur la sortie C d'un compresseur non représenté et un second circuit 2 de recyclage branché sur le circuit d'échappement du moteur, les deux circuits 1 et 2 se rejoignant, par l'intermédiaire d'une vanne 3, dans un collecteur d'admission 4 dans lequel se réalise le mélange air/EGR et qui débouche dans la chambre de combustion, non représentée, du moteur. Comme indiqué plus haut, pour augmenter la densité massique du volume de gaz recyclé, le circuit de recyclage 2 est équipé d'un moyen de refroidissement 20 qui est généralement un échangeur gaz/eau, le fluide caloporteur étant l'eau de refroidissement du moteur alimentée par un circuit dérivé 21. De même, dans la mesure où la température de l'air de suralimentation est augmentée par sa compression, le circuit d'air 1 comporte, habituellement, un refroidisseur d'air de suralimentation 10 appelé, parfois, RAS , par exemple un échangeur air/air branché sur un circuit 12 d'air froid. Selon l'invention, le circuit 1 d'air de suralimentation est équipé d'un dispositif de réchauffement de l'air 5 placé sur un circuit dérivé 50 ayant une entrée 51 branchée sur le circuit d'air 1, en amont du refroidisseur 10, par l'intermédiaire d'une vanne 11, et une sortie 52 branchée sur le circuit 1 entre le refroidisseur 10 et la vanne 3 d'admission dans le collecteur de mélange 4. La vanne 11 placée sur le circuit d'air 1 permet ainsi de dévier tout ou partie de l'air suralimenté vers le réchauffeur 5 en court-circuitant le refroidisseur RAS 10. En réchauffant ainsi l'air de suralimentation, au lieu de le refroidir, il est possible, au moins pour certaines phases de fonctionnement du moteur, d'augmenter la température du mélange admis dans la chambre de combustion ou, du moins, de la maintenir à un niveau correct, tout en refroidissant les gaz d'échappement recyclés au niveau souhaité pour augmenter leur densité massique et, ainsi, le taux de gaz EGR dans le mélange. De préférence, le réchauffeur d'air 5 est du type électrique utilisant, par exemple, des résistances BTC. Grâce à l'invention, il est donc possible de régler avec une certaine précision d'une part la température du mélange comburant admis dans la chambre de combustion et, d'autre part, le taux air/EGR en agissant séparément sur la température du gaz recyclé et, par conséquent, sa densité, au moyen du refroidisseur 20 et sur la température de l'air de suralimentation au moyen du réchauffeur électrique 5 et de la vanne 11 de réglage du débit dérivé. L'invention permet de mettre en oeuvre avantageusement un cycle de fonctionnement dit NMVG . Lors de la mise en action du moteur, à froid, notamment sur la partie urbaine du cycle, les gaz EGR sont refroidis par le refroidisseur 20 de façon à augmenter leur densité et l'air de suralimentation est dévié, éventuellement en totalité, par la vanne 11 pour être réchauffé par le réchauffeur électrique 5, ce qui permet de porter et de maintenir la température du mélange air/EGR admis dans la chambre de combustion à un niveau suffisamment élevé pour conserver une combustion correcte en évitant, notamment, la production de HC/CO et la dégradation de la consommation. Lorsque le moteur est chaud, le circuit dérivé 50 est fermé par la vanne 11. L'air frais échauffé par la compression de suralimentation est alors refroidi, comme habituellement, par le refroidisseur RAS 10 et les gaz EGR sont toujours refroidis par le refroidisseur 20 à un niveau permettant de limiter la production d'oxyde d'azote. Il est à noter que le taux de gaz recyclé est moins important et plus facilement réalisable sur la partie extra-urbaine du cycle NMVG car les points sont plus chargés et l'on peut donc générer une différence de pression suffisante sur le circuit de recyclage 2 pour réaliser les taux souhaités en EGR. L'invention permet ainsi de maximiser le taux de gaz d'échappement recyclé dans le mélange en diminuant leur température dans le circuit de recyclage tout en maintenant la température du mélange air-EGR au niveau souhaitable pour la combustion. L'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple et pourrait faire l'objet de variantes sans s'écarter du cadre de protection de l'invention. En particulier, il particulièrement avantageux d'utiliser un réchauffeur électrique pour élever la température de l'air de suralimentation mais on pourrait aussi utiliser un échangeur du type air/eau ou air/gaz chaud. D'autre part, l'invention peut aussi s'appliquer aux moteurs qui ne sont pas équipés d'un refroidisseur de suralimentation. Dans ce cas, le circuit dérivé 50 serait supprimé, le réchauffeur électrique 5 étant placé directement sur le circuit d'air 1. De même, il est particulièrement avantageux de disposer le réchauffeur 5 sur un circuit dérivé alimenté par une vanne permettant de dévier tout ou partie de l'air de suralimentation mais on pourrait aussi placer ce réchauffeur sur le circuit 1, de préférence en avant du refroidisseur 10. Dans ce cas, le réchauffeur sert, dans certaines phases, à compenser un refroidissement excessif de l'air frais. Bien entendu, dans tous les cas, le circuit de recyclage 2 est muni d'un dispositif 20 de refroidissement des gaz recyclés qui utilise avantageusement l'eau du moteur comme fluide caloporteur mais pourrait aussi être d'un autre type. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation d'une chambre de combustion d'un moteur à explosion en un mélange comburant d'au moins deux gaz, respectivement de l'air, alimenté par un premier circuit (1) et du gaz d'échappement recyclé alimenté par un second circuit de recyclage (2) comportant un moyen (20) de refroidissement du gaz recyclé pour l'augmentation de sa densité massique, lesdits premier (1) et second (2) circuits débouchant, par l'intermédiaire d'un moyen (3) de réglage des débits, dans un collecteur (4) de mélange des gaz avant leur admission dans la chambre de combustion, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de l'air est réchauffée avant son mélange avec le gaz d'échappement refroidi, de façon à porter la température du mélange à un niveau correct pour la combustion, sans diminuer la densité massique du gaz d'échappement recyclé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier circuit d'air (1) comporte un compresseur de suralimentation et un moyen (10) de refroidissement de l'air ainsi comprimé avant son admission dans le collecteur de mélange (4). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de l'air de suralimentation est déviée vers un circuit dérivé (50) disposé en parallèle du refroidisseur (10) et comportant un réchauffeur (5) pour le réglage de la température du mélange selon la température du moteur, le moteur froid étant alimenté en air réchauffé et en gaz recyclé refroidi et le moteur chaud étant alimenté en air et en gaz refroidis. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la totalité de l'air passe dans un réchauffeur (5) placé sur le premier circuit (1) entre le refroidisseur (10) et le collecteur de mélange (4). 5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que le réchauffeur (5) est réglé pour compenser, en cas de besoin, le refroidissement de l'air de suralimentation et maximiser le taux de gaz d'échappement refroidi tout en maintenant la température du mélange d'air et de gaz recyclé à un niveau correct pour la combustion. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réchauffage de l'air est effectué électriquement. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on règle, d'une part les températures respectives du gaz recyclé et de l'air et, d'autre part leurs débits relatifs de façon à doser le taux de gaz recyclés dans le mélange en fonction des besoins. 8. Dispositif d'alimentation d'une chambre de combustion d'un moteur à explosion en un mélange d'au moins deux gaz comburants, respectivement de l'air et un gaz d'échappement recyclé, comportant deux circuits séparés d'alimentation débouchant dans un collecteur de mélange (4) par l'intermédiaire d'un moyen (3) de réglage des débits, respectivement un premier circuit d'air (1) et un second circuit de recyclage (2) comportant un moyen (20) de refroidissement du gaz d'échappement recyclé avec augmentation de sa densité massique, caractérisé par le fait que le premier circuit (1) comporte un moyen (5) de réchauffage d'au moins une partie de l'air avant son mélange avec le gaz d'échappement recyclé, pour une augmentation de la température du mélange sans diminution de la densité massique du gaz recyclé refroidi. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le premier circuit comporte un compresseur de suralimentation et un moyen (10) de refroidissement de l'air de suralimentation. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de réchauffage (5) est disposé en parallèle du moyen (10) de refroidissement de l'air, sur un circuit dérivé (50) ayant une entrée (51) branchée sur le circuit d'air (1), en amont du moyen (10) de refroidissement d'air, par l'intermédiaire d'un moyen (11) de réglage du débit dérivé et une sorte (52) débouchant entre le moyen (10) de refroidissement d'air et le moyen (3) de réglage des débits d'air et de gaz recyclé. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen (5) de réchauffage est disposé sur le premier circuit (1) de suralimentation, en aval du moyen de refroidissement de l'air (10). 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé par le fait que le moyen (5) de réchauffage de l'air de suralimentation est du type électrique.