Brevet FR2873405A1 — publié le 20060127

- 1 - DISPOSITIF ET PROCEDE DE SURALIMENTATION EN GAZ COMPRIME D'UNE TUBULURE D'ADMISSION D'UN MOTEUR TURBO-COMPRESSE. Domaine technique L'invention se rapporte au domaine des moteurs thermiques et plus particulièrement des moteurs turbo-compressés pouvant équiper tous types de véhicules. Ce dispositif permet d'augmenter de façon instantanée la pression des gaz à l'intérieur de la conduite d'admission lorsque le moteur se trouve à bas régime et donc lorsque le turbo-compresseur n'est pas encore sollicité. Art antérieur De façon générale, les dispositifs pour augmenter la pression à l'intérieur de la conduite d'admission peuvent se présenter sous diverses formes, et utiliser des moyens différents pour comprimer de l'air, le stocker dans un réservoir et l'injecter dans la conduite d'admission lorsque le moteur est à bas régime. La compression de l'air peut notamment être réalisée par des moyens mécaniques tel un compresseur entraîné par une prise de force au niveau de la ligne de transmission du moteur. Les documents KR 9502620 et KR 9502621 décrivent des dispositifs pour améliorer la puissance d'un moteur à combustion au moyen d'un compresseur. Ce compresseur est ainsi entraînée par une prise de force au niveau de la boite de vitesses. Cependant, un tel dispositif nécessite donc une architecture moteur particulière et ne peut donc pas être rapporté sur un moteur existant. Le compresseur additionnel est en outre consommateur permanent de puissance moteur car il est entraîné par la ligne de transmission du véhicule. On connaît également des dispositifs dans lesquels l'air est comprimé par le turbo-compresseur lui même. Tel que décrit dans le document WO 00/65 210, le surplus de gaz comprimés par le turbo-compresseur est dévié depuis la conduite 2873405 - 2 - d'admission à l'intérieur d'un réservoir lorsque la pression régnant à l'intérieur de cette conduite dépasse un seuil prédéterminé. Lorsqu'à un autre instant, la pression mesurée à l'intérieur de la conduite d'admission est insuffisante, on ouvre alors le réservoir qui réinjecte les gaz précédemment stockés. De cette manière, on augmente ponctuellement et instantanément la pression régnant à l'intérieur de la conduite d'admission pour augmenter la puissance du moteur. Dans ce cas, les gaz sont compressés de manière incontrôlée car il n'est pas possible de savoir à quel instant la pression dans la conduite d'admission va dépasser la pression de seuil prédéterminée à partir de laquelle les gaz sont stockés dans le réservoir. Ainsi, dans certains cas de figure le réservoir peut se vider et ne pas se remplir immédiatement. Un problème peut alors survenir lorsqu'il est nécessaire d'injecter des gaz comprimés dans la conduite d'admission. Un tel dispositif peut donc être défaillant à cause d'un réservoir vide. Ainsi, le but de l'invention est de fournir un moyen sûr et efficace pour augmenter ponctuellement et instantanément la pression régnant à l'intérieur de la conduite d'admission dans les phases à bas régime en transitoire. L'objectif de l'invention est de permettre cette augmentation de pression sans modifier la structure du moteur ni induire de consommation d'énergie supplémentaire pour réaliser la compression des gaz. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif apte à suralimenter en gaz comprimés une conduite d'admission d'un moteur turbocompressé. De façon connue, ce dispositif est apte à stocker les gaz dans un réservoir à une pression supérieure à la pression atmosphérique, puis à les injecter dans la conduite d'admission pour augmenter la pression d'admission dans les phases à bas régime en transitoire. Conformément à l'invention, le dispositif se caractérise par le fait qu'il comporte des moyens pour connecter le réservoir de stockage temporairement et alternativement soit avec le collecteur d'échappement pour récupérer des gaz lors 2873405 - 3 - des phases de frein moteur, soit avec la conduite d'admission lors des phases à bas régime en transitoire. Autrement dit, les moyens permettent de remplir un ou plusieurs réservoirs avec des gaz d'échappement comprimés par le moteur qui joue le rôle de compresseur, grâce au mouvement des pistons à l'intérieur du moteur pendant lesquelles aucun carburant n'est injecté. Le stockage des gaz est par conséquent réalisé lors des phases de frein moteur. De cette manière, lors d'une ré-accélération à bas régime, ces gaz comprimés peuvent être réinjectés pour augmenter instantanément la pression régnant à l'intérieur de la conduite d'admission. Ainsi, ces gaz étant comprimés par le moteur lors des phases de frein moteur n'ont pas engendrés une consommation supplémentaire d'énergie. Les gaz qui sont comprimés par les pistons dans les cylindres ne sont pas brûlés, puisqu'il n'y a pas eu d'injection de carburant. En pratique, les moyens peuvent comporter des tubulures pour acheminer les gaz depuis le collecteur d'échappement jusqu'au réservoir et du réservoir jusqu'à la conduite d'admission. Autrement dit, le collecteur d'échappement, le réservoir et la conduite d'admission sont reliés par des durites adaptées pour résister à la pression. Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, deux durites indépendantes peuvent permettre de réaliser chacune des liaisons. Ainsi, le réservoir de stockage présente un orifice permettant de réaliser la connexion avec le collecteur d'échappement et un second orifice permettant la connexion avec la conduite d'admission. Dans une seconde variante, le réservoir peut présenter un unique orifice qui sert à la fois au stockage et à la réinjection des gaz. Dans ce cas un raccord en T peut être utilisé pour raccorder trois portions de durites indépendantes. De cette manière, l'une des extrémités de chacune des durites est connectée au raccord, l'autre étant connecté au collecteur d'échappement, au réservoir ou à la conduite d'admission. Avantageusement, les moyens peuvent comporter au moins une électrovanne apte à relier à la demande des portions de conduites évoquées ci-avant pour réaliser alternativement le stockage des gaz dans le réservoir puis la réinjection des gaz dans la conduite d'admission. En d'autres termes, des électrovannes peuvent permettre de fermer une durite en fonction de l'état de fonctionnement du moteur ou de la charge nécessaire. Par électrovanne, on entend également couvrir différents moyens tels que des clapets anti-retour notamment. En pratique, les moyens peuvent comporter un échangeur thermique disposé entre le collecteur d'échappement et le réservoir. Cet échangeur thermique peut être du type gaz/liquide dans lequel le gaz est le gaz comprimé et le liquide, un liquide tel que de l'huile ou le liquide de refroidissement du moteur. Autrement dit, cet échangeur thermique peut permettre de refroidir les gaz dont la température a augmenté du fait de leur compression à l'intérieur des cylindres du moteur où la température est de plus très élevée. Avantageusement, la tubulure d'entrée de l'échangeur en gaz chaud peut être dédoublée. De cette manière, on collecte des gaz comprimés au niveau de la sortie de l'échappement de deux bancs de cylindres. Ainsi, on améliore le temps de remplissage du réservoir en gaz comprimés. En pratique, la tubulure canalisant le gaz refroidi en sortie de l'échangeur peut être unique. En d'autres termes, au niveau de la sortie de l'échangeur, il y a un orifice sur lequel une durite est connectée de façon à alimenter le réservoir de stockage en gaz refroidi. De façon avantageuse, les moyens peuvent comporter au moins un capteur de pression pour mesurer la pression des gaz à l'intérieur de la conduite d'admission. De cette manière, on connaît à tout instant la pression régnant à l'intérieur de la conduite d'admission et lorsque celle-ci est inférieure à une pression prédéterminée de seuil, mais également en fonction de l'état de fonctionnement du moteur et de son besoin en puissance, on commande l'injection des gaz comprimés contenus à l'intérieur du réservoir. En pratique, les moyens peuvent comporter une unité de contrôle apte à piloter les différentes électrovannes en fonction du signal transmis par le capteur de pression. Autrement dit, une unité de contrôle électronique reçoit des informations d'un ou plusieurs capteurs de pression positionnés sur la conduite d'admission et du réservoir. Lorsqu'un besoin de puissance est nécessaire et notamment à bas régime lorsque le turbo-compresseur ne délivre pas encore suffisamment de pression à l'intérieur de la conduite d'admission, l'unité de contrôle envoie un signal aux différentes électrovannes pour les ouvrir et/ou les fermer, et relier les tubulures concernées et ainsi réinjecter des gaz contenus à l'intérieur du réservoir. Selon un mode de réalisation particulier, ce dispositif peut être adapté à un moteur pré-existant comportant notamment un dispositif de recyclage des gaz brûlés, couramment appelé EGR pour Exhaust Gas Recycling. Ainsi, l'invention peut tirer profit des électrovannes appartenant à ce système de recyclage et déjà montées sur le moteur. Ainsi, il suffit alors de monter le réservoir sur la durite reliant le collecteur d'échappement avec la conduite d'admission au moyen d'un raccord en T après l'échangeur EGR ou la vanne EGR. De plus, le pilotage des électrovannes peut être adapté en fonction de cette nouvelle fonction réalisée par le système de recyclage. En effet, ces deux fonctions sont réalisées à des instants différents, à savoir que le remplissage du réservoir est 2873405 6 réalisé lors des phases de frein moteur. Le recyclage des gaz d'échappement est, quant lui, réalisé lors des phases d'accélération et stabilisées. Par conséquent, si les deux circuits sont communs, les deux fonctions qu'ils réalisent s'opèrent à des instants différents. En effet, lorsque le gaz comprimé contenu dans le réservoir doit être réinjecté, on ferme également le circuit de recyclage des gaz pour éviter de réinjecter des gaz brûlés dans cette phase d'accélération d'origine. L'invention couvre également le procédé de suralimentation en gaz comprimés au niveau d'une tubulure d'admission d'un moteur turbocompressé dans les phases à bas régimes en transitoire. Ce procédé comporte les étapes de stockage de gaz à l'intérieur d'un réservoir à une pression supérieure à la pression atmosphérique et d'injection desdits gaz dans la tubulure d'admission pour augmenter la pression d'admission. Ce procédé se caractérise en ce que les gaz sont récupérés au niveau d'une tubulure d'échappement du moteur lors des phases de frein moteur, acheminés jusqu'au réservoir, stockés dans le réservoir et réinjectés dans la conduite d'admission lors des phases à bas régime en transitoire. Autrement dit, lors des phases de frein moteur, on comprime les gaz au moyen des pistons du moteur à l'intérieur des cylindres, puis on achemine ces gaz jusque dans un réservoir. Lorsqu'un besoin de puissance est nécessaire, et à bas régime, on met alors en communication le réservoir avec la conduite d'admission de façon à augmenter instantanément la pression régnant à l'intérieur de cette conduite. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre 30 indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: É la figure 1 est une vue schématique du dispositif dans un premier état, conformément à l'invention; 2873405 - 7 É la figure 2 est une vue schématique du dispositif dans un second état, conformément à l'invention. Manière de décrire l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif apte à suralimenter en gaz comprimés une conduite d'admission. Tel que représenté à la figure 1, le dispositif (1) équipe donc un moteur à combustion (5) suralimenté au moyen d'un turbo-compresseur. Ce turbocompresseur présente ainsi une turbine (9) entraînant un compresseur (31) qui va permettre d'augmenter la vitesse des gaz et donc leur pression à l'intérieur de la conduite d'admission. Tel que représenté, il peut être ajouté un échangeur thermique (2) au niveau 15 de cette conduite d'admission pour permettre de modifier la température des gaz d'admission et l'optimiser en fonction du meilleur rendement du moteur. Cependant, à bas régime, la puissance de la turbine (9) est trop faible pour obtenir une pression des gaz à l'intérieur de la conduite d'admission (4) suffisante. Cette pression est mesurée au moyen d'un capteur de pression (14) puis un signal (23) est transmis à l'unité commande (13). Lorsque le véhicule se trouve en phase de décélération, c'est-à-dire que le moteur est dans une phase de frein moteur, une partie des gaz d'échappement est récupérée au moyen des électrovannes (7,8) pilotées par l'unité de commande (13). Ces gaz comprimés par les pistons à l'intérieur des chambres de combustion cylindres du moteur (5) sont alors acheminés au moyen de deux tubulures (17,18) jusqu'au niveau d'un échangeur thermique (10) de façon à abaisser leur température. L'unité de commande (13) pilote alors les électrovannes (3,11,16) de façon à orienter ces gaz comprimés en direction de la tubulure (19) et permettre le remplissage du réservoir (12). Lorsque la pression maxi à l'intérieur de ce réservoir (12) est atteinte, le capteur (15) transmet alors un signal (22) à l'unité de 2873405 - 8 - contrôle (13) pour stopper le remplissage du réservoir (12). L'électrovanne (16) est donc fermée jusqu'à ce qu'une chute de pression à l'intérieur de la conduite d'admission (4) soit détectée par le capteur de pression (14), et ce lors d'une phase à bas régime. Ainsi, tel que représenté à la figure 2, lorsque le véhicule se trouve à bas régime et qu'un apport de puissance est nécessaire de façon instantanée, l'unité de contrôle (13) pilote alors les électrovannes (3, 11,16) de manière à orienter les gaz comprimés à l'intérieur d'une tubulure (20) connectée avec la conduite d'admission (4). Ainsi, la pression à l'intérieur de la conduite d'admission (4) augmente rapidement, ce qui génère un apport de puissance instantané afin de pallier au temps de réponse du turbocompresseur. Lorsque la pression assurée par le capteur (14) atteint un seuil prédéterminé, l'unité de contrôle (13) pilote alors de nouveau les électrovannes (3,11,16) de façon à couper l'injection des gaz comprimés depuis le réservoir (12), le cycle décrit à la figure 1 pouvant être répété à nouveau. Tel que représenté, ce dispositif a été rapporté sur un moteur pré-équipé d'un système de recyclage des gaz d'échappement. Par conséquent, il ne constitue pas dans ce mode de réalisation une solution complexe à mettre en oeuvre, est relativement peu onéreux en termes de pièces supplémentaires. Il ressort de ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention présente 25 de multiples avantages, notamment: É il permet de fournir une solution à adaptable sur des moteurs existants pour optimiser le temps de réponse d'un turbo-compresseur; É il ne consomme pas de puissance supplémentaire; É il est peu onéreux. 2873405 9 Revendications 1. Dispositif (1) apte à suralimenter en gaz comprimés une conduite d'admission (4) d'un moteur (5) turbo-compressé, ledit dispositif (1) étant apte à stocker les gaz dans un réservoir (12) à une pression supérieure à la pression atmosphérique puis à injecter lesdits gaz dans la conduite d'admission (4) pour augmenter la pression d'admission dans les phases à bas régime en transitoire, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour connecter le réservoir (12) de stockage temporairement et alternativement soit avec le collecteur d'échappement (6) pour récupérer des gaz lors des phases de frein moteur, soit avec la conduite d'admission (4) lors des phases à bas régime en transitoire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens comportent des tubulures (17-20) pour acheminer les gaz depuis le collecteur d'échappement (6) jusqu'au réservoir (12), et du réservoir (12) jusqu'à la conduite d'admission (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens comportent au moins une électrovanne (3, 7, 8, 11, 16) apte à ouvrir et fermer des portions de tubulures (17-20) pour réaliser alternativement le stockage des gaz dans le réservoir (12) puis la réinjection des gaz dans la conduite d'admission (4). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens comportent un échangeur thermique (10) disposé entre le collecteur d'échappement (6) et le réservoir (12). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (10) est du type gaz/liquide. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tubulure (7, 30 8) approvisionnant l'échangeur (10) en gaz chaud est dédoublée. 2873405 - 10 - 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tubulure (20) canalisant le gaz refroidi en sortie de l'échangeur (10) est unique. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens 5 comportent au moins un capteur de pression (14) pour mesurer la pression des gaz à l'intérieur de la conduite d'admission (4). 9. Dispositif selon les revendications 3 et 8, caractérisé en ce que les moyens comportent une unité de contrôle (13) apte à piloter les différentes électrovannes (3, 7, 8, 11, 16) en fonction du signal transmis par le capteur de pression (14). 10. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens comportent des tubulures (17-20) et des électrovannes (3, 7, 8, 11, 16) 15 appartenant à un système de recyclage des gaz brûlés pré-équipant le moteur (5). 11. Procédé de suralimentation en gaz comprimés au niveau d'une tubulure d'admission (4) d'un moteur (5) turbo-compressé dans les phases à bas régimes en transitoire, ledit procédé comportant les étapes de stockage de gaz à l'intérieur d'un réservoir (12) à une pression supérieure à la pression atmosphérique et d'injection desdits gaz dans la tubulure d'admission (4) pour augmenter la pression d'admission caractérisé en ce que les gaz comprimés sont récupérés au niveau d'une tubulure d'échappement (6) du moteur (5) lors des phases de frein moteur, acheminés jusqu'au réservoir (12), stockés dans le réservoir (12) et réinjectés dans la conduite d'admission (4) lors des phases à bas régime en transitoire.