Brevet FR2879235A1 — publié le 20060616

Moteur à combustion interne à recirculation de gaz d'échappement et injection d'air à l'échappement L'invention concerne un moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, équipé d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement, dit EGR (de l'anglais exhaust gas recirculation ) et d'un circuit d'injection d'air à l'échappement, dit IAE. Parmi les solutions actuellement retenues pour atteindre les objectifs en dépollution, l'une consiste à réintroduire les gaz issus de la combustion vers l'admission au travers d'un circuit de recirculation pour les charges partielles - c'est le circuit EGR - , l'autre consiste, pour la mise en action entre autres, à injecter de l'air à l'échappement - grâce au circuit IAE - afin de post-oxyder les hydrocarbures. Avec des combustions de type non conventionnel, comme pour la combustion homogène dite HCCI (de l'anglais homogeneous combustion compression ignition ) ou encore avec la stratégie de filtres à particules en diesel, de forts taux d'EGR sont indispensables. Pour les moteurs à essence, l'intérêt d'un système EGR en charge partielle, comparativement à un système de distribution variable des ouvertures de valve, dit VVT (de l'anglais variable valve timing ) et en pleine charge a aussi été démontré. Par ailleurs, on souhaiterait toujours étendre la plage d'utilisation EGR, alors que la différence de pression entre l'admission et l'échappement est souvent défavorable. Toujours pour les moteurs à essence, les systèmes IAE permettent des gains sur les hydrocarbures en début de cycle. Comme on l'a rappelé, les taux d'EGR sont limités par la différence de pression entre l'admission et l'échappement. Un surplus de taux pourrait sur certains points de fonctionnement conduire à des gains sur le compromis NOx/particules/CSE (consommation spécifique effective), mais ces points ne peuvent être atteints du fait de la perméabilité du circuit EGR insuffisante et pourtant maximale compte tenu de l'architecture du moteur. Pour les systèmes IAE, ce sont généralement des circuits externes nécessitant une pompe spécifiquement dédiée à ce fonctionnement. Des stratégies pour augmenter les taux EGR ont déjà été proposées. Elles consistent à accoler à la roue de turbine, en plus de la roue de compresseur d'air, une seconde roue de compresseur spécifiquement dédiée 2 2879235 à la compression des gaz de recirculation EGR. C'est le cas dans les documents WO-A-00/79117 et US-A-5937650. Pour les systèmes IAE, un circuit externe est classiquement utilisé. Le but de l'invention est d'améliorer les stratégies proposées, et de proposer un système unique permettant à la fois d'augmenter les taux d'EGR dans les zones de fonctionnement où cette stratégie serait bénéfique, et de fonctionner en IAE lors de la mise en action et éventuellement sur des points de fonctionnement spécifiques de la cartographie moteur où l'EGR n'est pas actif, via un circuit unique ou partiellement commun. L'invention atteint son but grâce à un moteur à combustion interne à recirculation de gaz d'échappement associé à un turbocompresseur comportant une turbine et deux roues accolées de compresseur, une première canalisation reliant le collecteur d'échappement du moteur à l'entrée de la turbine, une deuxième canalisation, de compression d'air, reliant la sortie de la première roue de compresseur, alimentée en air, à un répartiteur d'admission du moteur via un mélangeur, un circuit de recirculation prélevant au moyen d'une première vanne d'arrêt une partie des gaz d'échappement pour les envoyer par une troisième canalisation, de recirculation, sur la seconde roue de compresseur et de là, par une quatrième canalisation vers ledit mélangeur, une vanne trois-voies étant interposée sur la troisième canalisation de recirculation pour permettre au choix l'alimentation de la seconde roue en air ou en gaz recirculé, et associée à des moyens pour ouvrir la vanne trois-voies à l'air quand la première vanne d'arrêt de recirculation est fermée, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit d'injection d'air à l'échappement reliant une sortie de la seconde roue de compresseur au collecteur d'échappement avec interposition d'une seconde vanne d'arrêt destinée à s'ouvrir quand la première vanne d'arrêt se ferme et vice-versa. La seconde roue de compresseur et la vanne trois-voies permettent soit 30 de comprimer les gaz d'échappement, en fonctionnement EGR, soit de comprimer les gaz frais (en fonctionnement IAE). La seconde roue de compresseur est avantageusement dimensionnée pour augmenter les taux EGR mais aussi pour assurer un niveau de pression suffisant pour le fonctionnement IAE. Elle est solidaire de l'arbre de turbine mais peut être avantageusement 3 2879235 montée débrayable afin de diminuer l'inertie de la turbomachine sur les régimes transitoires, où l'EGR et l'IAE ne sont pas nécessaires. Avantageusement, il est prévu sur le circuit de recirculation un refroidisseur de gaz en amont de la vanne trois-voies. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation de l'invention, en référence à la figure unique annexée qui représente un schéma de circuit de moteur. Le moteur à combustion interne 1 est équipé d'un répartiteur d'admission 2 et d'un collecteur d'échappement 3. Un turbocompresseur 4 comprend sur un même arbre 7 un compresseur d'air à roue 5 et une turbine 6 mue par les gaz s'échappant par la sortie 8 du collecteur d'échappement 3 pour entrer dans la turbine et s'en échapper par la sortie 9 d'échappement. La roue 5 de compresseur reçoit l'air par une entrée 10 et l'envoie par une conduite 11 vers le répartiteur d'admission 2. Une vanne d'arrêt EGR 12 permet de prélever du gaz d'échappement sur la conduite 8 et l'envoie au travers d'un échangeur (refroidisseur) EGR 13 vers un circuit EGR 14. Celui-ci débouche sur un by-pass ou vanne trois-voies 15 pouvant être alimentée en air par une conduite 16 et alimentant en air une seconde roue de compresseur 17 accolée à la roue 5 et montée sur le même arbre de manière débrayable. Cette seconde roue envoie les gaz recirculés comprimés à l'entrée du répartiteur 2 par une conduite 18, au travers d'un mélangeur EGR 19 dans lequel débouche aussi le conduite 11. Cette même seconde roue 17 de compresseur débite aussi sur une vanne d'arrêt d'entrée 20 du circuit IAE 21 introduisant de l'air dans le collecteur d'échappement 3. La vanne trois-voies 15 permet de sélectionner le mode de fonctionnement choisi, IAE ou EGR. Des moyens de commande non représentés parce qu'ils sont classiques font que, lorsque le mode EGR est actif, la vanne IAE 20 est en position fermée et la vanne trois-voies 15 fait passer les gaz du circuit 14 dans la seconde roue de compresseur afin d'augmenter les taux EGR. Lorsque l'IAE est actif, la vanne trois-voies 15 bascule sur sa seconde position qui coupe l'arrivée de gaz EGR mais admet l'air dans la seconde roue de compresseur 17 qui passe, via la vanne ouverte 20, dans le circuit IAE pour être injecté suivant un dispositif adéquat et connu en soi. 4 2879235 REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à recirculation de gaz d'échappement associé à un turbocompresseur comportant une turbine (6) et deux roues (5, 17) accolées de compresseur, une première canalisation (8) reliant le collecteur d'échappement (3) du moteur à l'entrée de la turbine (6), une deuxième canalisation (11), de compression d'air, reliant la sortie de la première roue (5) de compresseur, alimentée en air, à un répartiteur d'admission (2) du moteur (1) via un mélangeur (19), un circuit de recirculation prélevant au moyen d'une première vanne d'arrêt (12) une partie des gaz d'échappement pour les envoyer par une troisième canalisation (14), de recirculation, sur la seconde roue (17) de compresseur et de là, par une quatrième canalisation (18) vers ledit mélangeur (19), une vanne trois- voies (15) étant interposée sur la troisième canalisation (14) de recirculation pour permettre au choix l'alimentation de la seconde roue (17) en air ou en gaz recirculé, et associée à des moyens pour ouvrir la vanne trois-voies à l'air quand la première vanne d'arrêt de recirculation (12) est fermée, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit d'injection (21) d'air à l'échappement reliant une sortie de la seconde roue (17) de compresseur au collecteur d'échappement (3) avec interposition d'une seconde vanne d'arrêt (20) destinée à s'ouvrir quand la première vanne d'arrêt (12) se ferme et viceversa. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu sur le circuit de recirculation un refroidisseur de gaz en amont de la vanne trois-voies (15).