Brevet FR2878568A1 — publié le 20060602

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale la suralimentation et le traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple de véhicule automobile et, en particulier, d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, notamment un moteur Diesel ou à essence. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de suralimentation par ondes de pression d'un moteur à combustion interne, comprenant un rotor pourvu de canaux axiaux et des moyens de mise en communication des canaux du rotor avec des conduites d'admission d'air et d'évacuation des gaz d'échappement du moteur suivant un phasage déterminé. Elle concerne également un moteur à combustion interne pour véhicule automobile comprenant une chambre de combustion et un tel dispositif de suralimentation par ondes de pression. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans les moteurs déjà connus, la suralimentation de la chambre de combustion et la dépollution des gaz d'échappement sont deux fonctions indépendantes accomplies par des systèmes distincts. En effet, les moteurs sont généralement suralimentés soit par un turbocompresseur, soit par un dispositif de suralimentation par ondes de pression (PWS) qui comprend un rotor pourvu de canaux axiaux et des moyens de mise en communication des canaux du rotor avec des conduites d'admission d'air et d'évacuation des gaz d'échappement du moteur suivant un phasage déterminé. Dans un dispositif de suralimentation par ondes de pression, la différence de pressions entre les gaz de combustion à l'échappement et l'air à l'admission entrant dans le rotor provoque une onde de choc dans les canaux de ce dernier. Cette onde de choc se propage dans les canaux du rotor en direction de la sortie vers la chambre de combustion et induit une augmentation brutale de la pression de l'air d'admission qui alimente la chambre de combustion. Par ailleurs, les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes, telles que les oxydes d'azote (Nox), les hydrocarbures imbrûlés (HC), le monoxyde de carbone (CO), qu'il est nécessaire de traiter avant de les évacuer dans l'atmosphère. Ainsi, actuellement, les véhicules automobiles sont souvent équipés d'au moins un convertisseur catalytique disposé dans la ligne d'échappement du moteur, permettant d'oxyder les molécules réductrices que sont le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC). Un tel convertisseur catalytique peut être un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules catalysé ou bien un piège à oxydes d'azote (Nox). Certains véhicules automobiles comprennent dans leur ligne d'échappement plusieurs convertisseurs catalytiques différents disposés en série. Ces convertisseurs catalytiques dont il faut contrôler en permanence le bon fonctionnement sont chers, lourds et encombrants dans le moteur. OBJET DE L'INVENTION Compte tenu de l'état de la technique précité, la présente invention propose un nouveau dispositif de suralimentation par ondes de pression qui permet de s'affranchir d'au moins une partie du système de dépollution du moteur de façon à alléger ce moteur et à en réduire le coût de construction. Plus particulièrement, l'invention propose un dispositif de suralimentation par ondes de pression tel que défini en introduction caractérisé en ce en ce qu'il comporte intérieurement des moyens de dépollution des gaz d'échappement traversant le rotor. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif de suralimentation selon l'invention sont les suivantes: -lesdits moyens de dépollution sont prévus dans les canaux du rotor; -lesdits moyens de dépollution sont prévus dans lesdits moyens de mise en communication des canaux du rotor avec les conduites d'admission d'air et d'évacuation des gaz d'échappement du moteur; - lesdits moyens de dépollution sont prévus dans les canaux du rotor et dans lesdits moyens de mise en communication des canaux du rotor avec les conduites d'admission d'air et d'évacuation des gaz d'échappement du moteur; -lesdits moyens de dépollution comprennent des moyens d'oxydation des molécules réductrices du gaz d'échappement; - lesdits moyens d'oxydation comprennent une substance catalytique, telle qu'un métal précieux, imprégnées sur les parois des canaux du rotor et/ou desdits moyens de mise en communication; - lesdits moyens d'oxydation comprennent un matériau catalytique poreux ou fibreux; - le rotor est réalisé en un matériau céramique. L'invention concerne également un moteur à combustion interne pour 5 véhicule automobile qui comprend une chambre de combustion et un dispositif de suralimentation par ondes de pression tel que décrit cidessus. Avantageusement le moteur selon l'invention comprend un convertisseur catalytique disposé entre le collecteur d'échappement situé en sortie de la chambre de combustion et le dispositif de suralimentation par ondes de pression. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif de suralimentation par ondes de pression selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique en perspective de la mise en situation du dispositif de suralimentation de la figure 2 dans le moteur; la figure 4A est vue schématique en perspective d'un premier mode du rotor du dispositif de suralimentation selon l'invention; la figure 4B est vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réalisation du rotor du dispositif de suralimentation selon l'invention; et la figure 4C est vue schématique en perspective d'un troisième mode de réalisation du rotor du dispositif de suralimentation selon l'invention. Préliminairement, on notera que d'une figure à l'autre, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l'invention seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. Sur les figures 1 et 3, on a représenté, de manière schématique, la structure générale d'un moteur 10 à combustion interne d'un véhicule automobile. Ce moteur 10 comporte une chambre de combustion 11 pourvue ici de quatre cylindres 11A. Les cylindres 11A de la chambre de combustion 11 sont alimentés en air de refroidissement par un refroidisseur (non représenté) associé à un répartiteur d'admission 12 lui-même alimenté en air frais par une conduite 17,18 qui passe par un dispositif de suralimentation par ondes de pression 30. Un collecteur d'échappement 13 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur par une ligne d'échappement 19,20 qui passe également par le dispositif de suralimentation par ondes de pression 30. Comme le montre plus particulièrement la figure 2, le dispositif de suralimentation par ondes de pression 30 comporte, de manière connue en soit, un rotor 31 pourvu de canaux axiaux 31A ouverts à leurs deux extrémités. Sur les figures 4A à 4B on a représenté différents modes de réalisation du rotor 31;31' ;31". Ce rotor 31;31' ;31' peut comporter une ou deux couches de canaux 31A;31A;31"A axiaux, les parois de séparation desdits canaux 31A;31'A;31"A axiaux pouvant être des parois droites ou légèrement ondulées. Le rotor 31 est contenu dans une enveloppe 32 qui recouvre sa paroi cylindrique de révolution. En outre, le dispositif de suralimentation par ondes de pression 30 comprend des moyens 33,34 de mise en communication des canaux 31A du rotor 31 avec des conduites d'admission d'air 17,18 et d'évacuation des gaz d'échappement 19,20 du moteur 10 suivant un phasage déterminé. Ici, ces moyens de mise en communication comprennent deux embouts 33,34 disposés sur les deux faces d'extrémité du rotor 31. L'un 33 de ces deux embouts comprend deux conduits 33A,33B ouverts pour mettre en communication, suivant le phasage déterminé, une partie des canaux 31A du rotor 31 avec les conduites d'admission d'air frais 17,18, et l'autre 34 de ces deux embouts comprend des conduits 34A,34B ouverts pour mettre en communication, suivant le phasage déterminé, une partie des canaux 31A du rotor 31 avec les conduites d'évacuation des gaz d'échappement 19,20. Les embouts 33,34 peuvent être fixes ou mobiles en rotation. Les sections de passage des gaz des conduits 33A,33B,34A,34B des embouts 33, 34 peuvent être modifiées par un système de clapet guillotine. Le rotor 31 tourne librement autour de son axe et sa rotation est contrôlée par l'intermédiaire d'un système de contrôle 16 relié au rotor 31 et/ou aux embouts 33,34 par un arbre d'entraînement en rotation 16A. Ainsi, comme le montre plus particulièrement la figure 3, la différence de pressions entre les gaz de combustion à l'échappement G et l'air frais à l'admission F entrant respectivement en C et en A dans les canaux 31A du rotor 31 provoque une onde de choc (dont le front d'onde est matérialisé en pointillé sur la figure 3) dans les canaux 31A de ce dernier. Cette onde de choc se propage dans les canaux 31A du rotor 31 en direction de la sortie B du rotor 31 qui communique avec la conduite 18 vers la chambre de combustion 11 et induit une augmentation brutale de la pression de l'air d'admission qui alimente la chambre de combustion 11. Avantageusement, selon l'invention, le dispositif de suralimentation par ondes de pression 30 comporte intérieurement des moyens de dépollution des gaz d'échappement G traversant le rotor 31. Ces moyens de dépollution peuvent être prévus dans les canaux 31A du rotor 31 et/ou dans les embouts 33,34 de mise en communication des canaux 31A du rotor 31 avec les conduites d'alimentation d'air 17,18 et d'évacuation des gaz d'échappement 19,20 du moteur 10. Préférentiellement, lesdits moyens de dépollution comprennent des moyens d'oxydation des molécules réductrices du gaz d'échappemenSelon un mode de réalisation de l'invention, ces moyens d'oxydation comprennent une substance catalytique, telle qu'un métal précieux, imprégnées sur les parois des canaux 31A du rotor 31 et/ou desdits embouts 33,34 de mise en communication. Dans ce cas, préférentiellement, le rotor 31 est réalisé en un matériau céramique ce qui améliore l'efficacité de la dépollution des gaz en augmentant la surface d'échange. D'ailleurs, le rotor 31 tournant à des vitesses élevées, les gaz d'échappement traversant les canaux 31A du rotor 31 subissent l'effet de la force centrifuge et sont plaqués contre les parois des canaux 31A dans le sens de la rotation. Ainsi, on peut optimiser l'imprégnation des parois du rotor pour ne mettre du matériau précieux qu'aux endroits vraiment nécessaires. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'oxydation comprennent un matériau catalytique poreux ou fibreux. Par ailleurs, le moteur 10 comprend un convertisseur catalytique 14 disposé entre le collecteur d'échappement 13 situé en sortie de la chambre de combustion 11 et le dispositif de suralimentation par ondes de pression 30 Le convertisseur catalytique 14 assure également le post- traitement des gaz d'échappement G par oxydation des molécules réductrices que sont le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC). Le convertisseur catalytique 14 présente une structure classique à la portée de l'homme du métier et il ne sera pas ici décrit dans le détail. Pour l'essentiel, il présente une structure monolithique et est pourvu de canaux imprégnés d'une phase catalytique, telle qu'un métal précieux, et présentant une grande surface de contact avec les gaz d'échappement. Enfin, le moteur 10 est associé à un calculateur embarqué assurant essentiellement le contrôle du fonctionnement du moteur 10, notamment le réglage de ses paramètres de fonctionnement, ainsi que le contrôle du fonctionnement du convertisseur catalytique 14. Pour procéder au contrôle du fonctionnement du moteur 10, le calculateur est connecté aux principaux organes fonctionnels du moteur. Ainsi, avantageusement les gaz issus de la combustion circulent par le collecteur d'échappement 13 et sont en partie traités d'abord dans le convertisseur catalytique 14 situé en amont du dispositif de suralimentation par ondes de pression 30, ce qui permet d'ailleurs d'assurer un lissage de la pression des gaz d'échappement en entrée du dispositif de suralimentation pour un meilleur fonctionnement de celui-ci. Ces gaz d'échappement en partie traités entrent en C dans le dispositif de suralimentation par ondes de pression 30 où aura lieu la suralimentation par la création d'une onde de choc comme cela a été expliqué précédemment. Lors de leur passage dans le dispositif de suralimentation 30 ils sont complètement dépollués grâce aux moyens de dépollution que ce dispositif contient avantageusement. Les gaz d'échappement dépollués sortent alors par la sortie D à basse pression dans la conduite d'échappement 20 qui débouche vers l'extérieur. Enfin on pourrait prévoir qu'une partie des gaz d'échappement sorte avec l'air frais compressé par la sortie B du dispositif de suralimentation pour être réinjectés dans le répartiteur d'admissiion 12 de manière à limiter encore la quantité d'oxydes d'azote produit par la combustion tout en évitant la formation de fumée dans les gaz d'échappement. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante 5 conforme à son esprit. On peut envisager que les moyens de dépollution du dispositif de suralimentation soient constitués par une électrification des parois des canaux du rotor de façon à retenir les particules ionisées des gaz d'échappement préalablement ionisé à l'aide par exemple du système à solénoïde. 8 REVENDICATIONS 1. Dispositif de suralimentation par ondes de pression (30) d'un moteur (10) à combustion interne, comprenant un rotor (31) pourvu de canaux (31A) axiaux et des moyens (33,34) de mise en communication des canaux (31A) du rotor (31) avec des conduites d'admission d'air (17,18) et d'évacuation des gaz d'échappement (19,20) du moteur (10) suivant un phasage déterminé, caractérisé en ce qu'il comporte intérieurement des moyens de dépollution des gaz d'échappement traversant le rotor (31). 2. Dispositif de suralimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que lesdits moyens de dépollution sont prévus dans les canaux (31A) du rotor (31). 3. Dispositif de suralimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de dépollution sont prévus dans lesdits moyens (33, 34) de mise en communication des canaux du rotor avec les conduites d'admission d'air et d'évacuation des gaz d'échappement du moteur. 4. Dispositif de suralimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de dépollution sont prévus dans les canaux (31A) du rotor (31) et dans lesdits moyens (33,34) de mise en communication des canaux du rotor avec les conduites d'admission d'air et d'évacuation des gaz d'échappement du moteur. 5. Dispositif de suralimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de dépollution comprennent des moyens d'oxydation des molécules réductrices du gaz d'échappement. 6. Dispositif de suralimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'oxydation comprennent une substance catalytique, telle qu'un métal précieux, imprégnées sur les parois des canaux du rotor et/ou desdits moyens de mise en communication. 7. Dispositif de suralimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'oxydation comprennent un matériau catalytique poreux ou fibreux. 8. Dispositif de suralimentation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le rotor (31) est réalisé en un matériau céramique. 9. Moteur (10) à combustion interne pour véhicule automobile qui comprend une chambre de combustion (11) et un dispositif de suralimentation par ondes de pression (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Moteur (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur catalytique (14) disposé entre le collecteur d'échappement (13) situé en sortie de la chambre de combustion (11) et le dispositif de suralimentation par ondes de pression (30).