Brevet FR2879250A1 — publié le 20060616

Dispositif de suralimentation d'air pour moteur à combustion interne avec recyclage de gaz d'échappement, et procédé associé. La présente invention est relative aux moteurs à combustion interne, dans lesquels une quantité pilotée de gaz d'échappement recyclés (appelés couramment EGR, par abréviation de Exhaust Gas Recycling ) est introduite à nouveau dans les cylindres du moteur après combustion, et dans lesquels on alimente en air sous pression lesdits cylindres. La suralimentation en air d'un moteur permet notamment d'augmenter ses performances en admettant une quantité d'air plus conséquente dans les cylindres du moteur, pour la combustion du carburant. On utilise généralement, à cet effet, un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable. Le compresseur alimente le moteur en air à une pression supérieure à la pression atmosphérique, la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus de la combustion. On peut également utiliser, à cet effet, un compresseur à ondes de pression du type comprenant un rotor formé par une pluralité de canaux tubulaires agencés circonférenciellement aptes à alimenter en air comprimé une conduite d'admission du moteur, l'air admis au niveau du compresseur étant comprimé par le passage des gaz d'échappement, à l'intérieur du compresseur, avant leur évacuation vers l'extérieur. En effet, la différence de pression entre les gaz d'échappement issus du moteur et l'air admis dans le compresseur provoque une onde de choc à l'intérieur des canaux du rotor générant la compression de l'air. Afin de satisfaire aux normes environnementales de plus en plus sévères en ce qui concerne la limitation des émissions de gaz polluants des moteurs à combustion interne, on sait qu'il est intéressant de recycler, à l'admission, une partie des gaz d'échappement. On connaît, par le document US 4 702 218, un dispositif de suralimentation adapté à un moteur thermique à combustion interne comprenant un compresseur à ondes de pression, une conduite d'admission en gaz comprimés reliée au compresseur et destinée à alimenter ledit moteur, ladite conduite d'admission recevant un piquage d'un conduit de recyclage de gaz d'échappement dont le débit est contrôlé par une valve commandée. Selon l'amplitude d'ouverture de la valve, une quantité plus ou moins importante de gaz d'échappement recyclés est introduite à l'intérieur des cylindres du moteur. Un tel dispositif présente l'inconvénient de permettre la gestion du taux de gaz d'échappement recyclés introduits dans les cylindres du moteur par l'intermédiaire d'éléments susceptibles de générer des problèmes de fonctionnement du moteur, par exemple en s'encrassant. La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient en permettant un pilotage précis de la quantité de gaz d'échappement recyclés introduits à l'intérieur des chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, et ce, d'une manière particulièrement simple, tout en assurant la suralimentation du moteur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de suralimentation adapté à un moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comportant une culasse et au moins un cylindre au- dessus duquel la culasse définit une chambre de combustion, le dispositif comprenant un compresseur à ondes de pression du type comprenant un stator et un rotor formé d'une pluralité de canaux, une conduite d'admission en gaz comprimés comprenant un mélange de gaz frais et de gaz d'échappement recyclés issus de la combustion, ladite conduite d'admission étant reliée au compresseur et destinée à alimenter le cylindre du moteur. Selon un aspect de l'invention, le dispositif comprend, en outre, un élément de commande du compresseur apte à permettre un pilotage de la quantité de gaz d'échappement recyclés traversant la conduite d'admission. Le dispositif présente l'avantage d'être dépourvu d'une conduite piquée sur une conduite d'échappement munie de valves ayant tendance à s'encrasser. En effet, le dispositif selon l'invention comprend un unique élément, le compresseur à ondes de pression, permettant de réaliser non seulement la suralimentation du moteur mais également le pilotage de la quantité de gaz d'échappement recyclés. Avec un tel dispositif, il devient ainsi possible d'obtenir une conduite d'admission formant conduite de recyclage de gaz d'échappement. En d'autres termes, la conduite de recyclage est constituée par la conduite d'admission. Par ailleurs, le compresseur à ondes de pression présente l'avantage, par rapport à un compresseur conventionnel, de pouvoir assurer une alimentation du moteur avec des gaz comprimés comprenant de forts taux de gaz d'échappement recyclés. En effet, de tels compresseurs sont peu sensibles à l'encrassement de par leur procédé de compression des gaz par propagation d'ondes de choc. En outre, avec un tel dispositif il n'est pas nécessaire de prévoir un refroidissement spécifique des gaz d'échappement recyclés avant leur introduction à l'intérieur du moteur, le compresseur étant apte à fonctionner avec des températures relativement importantes. Le compresseur comprend avantageusement un flasque d'admission pourvu d'une première ouverture pour le passage de gaz à travers la conduite d'admission en gaz comprimés et d'un premier élément d'obturation apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. De préférence, le flasque d'admission comprend une seconde ouverture coopérant avec une conduite d'admission en air du compresseur et un second élément d'obturation apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. De préférence, le compresseur comprend un flasque d'échappement pourvu d'une première ouverture coopérant avec une conduite d'alimentation en gaz d'échappement du compresseur et un premier élément d'obturation apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. Avantageusement, le flasque d'échappement comprend une seconde ouverture coopérant avec une conduite d'échappement en gaz d'échappement du compresseur et un second élément d'obturation apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. L'élément de commande peut être adapté pour piloter au moins un des éléments d'obturation du flasque d'admission et/ou du flasque d'échappement. Avantageusement, l'élément de commande est adapté pour piloter le rotor du compresseur. L'invention a également pour objet un moteur thermique à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant une culasse, au moins un cylindre au-dessus duquel la culasse définit une chambre de combustion, et un dispositif de suralimentation pourvu d'un compresseur à ondes de pression du type comprenant un stator et un rotor formé d'une pluralité de canaux, d'une conduite d'admission en gaz comprimés comprenant un mélange de gaz frais et de gaz d'échappement recyclés issus de la combustion, ladite conduite d'admission étant reliée au compresseur et destinée à alimenter le cylindre du moteur. Selon un aspect de l'invention, le dispositif est également pourvu d'un élément de commande du compresseur apte à permettre un pilotage de la quantité de gaz d'échappement recyclés traversant la conduite d'admission. L'invention a enfin pour objet un procédé de suralimentation en air d'un moteur à combustion interne avec recyclage de gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur dans lequel les gaz d'échappement sont injectés dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un compresseur à ondes de pression, ledit compresseur étant commandé pour fournir une contribution variable en fonction du taux de gaz d'échappement recyclés désiré. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, le débit de gaz d'échappement recyclés est commandé par la vitesse de rotation du compresseur. Avantageusement, le débit de gaz d'échappement recyclés est commandé par l'obturation, au moins en partie, de canaux du compresseur. L'invention sera mieux comprise à I'étude de modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: 2879250. - la figure 1 montre schématiquement un dispositif de suralimentation avec recyclage de gaz d'échappement selon l'invention, - les figures 2 et 3 montrent la définition géométrique d'éléments du dispositif de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement la structure générale d'un dispositif de suralimentation avec recyclage de gaz d'échappement, désigné par la référence numérique générale 1, associé à un moteur 2 à combustion interne d'un véhicule automobile. Dans l'exemple de réalisation considéré, est illustré schématiquement un moteur 2 pourvu de quatre cylindres 3 en ligne. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un moteur 2 présentant un nombre différent de cylindres 3. Chaque cylindre 3 comprend un orifice d'admission 4 et un orifice d'échappement 5 pouvant être obturés respectivement par des soupapes d'admission et d'échappement (non représentées). Les orifices d'admission 4 et d'échappement 5 sont disposés symétriquement par rapport à un plan médian du cylindre 3. Le dispositif 1 comprend un compresseur 6 à ondes de pression, une conduite d'admission 7 reliée au compresseur 6 et alimentant le moteur 2, ainsi qu'une conduite d'échappement 8 apte à diriger les gaz d'échappement issus de la combustion du moteur 2 et reliée au compresseur 6, du côté opposé à la conduite d'admission 7. L'orifice d'admission 4 de chaque cylindre 3 est relié à la conduite d'admission 7, par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission 7a. Entre le compresseur 6 et le moteur 2 est monté, au niveau de la conduite d'admission '7, un échangeur de chaleur 9 traversé par les gaz destinés à alimenter le moteur 2 et par un fluide caloporteur (non représenté) apte à permettre le refroidissement desdits gaz. Les orifices d'échappement 5 sont reliés, par l'intermédiaire d'un collecteur d'échappement 8a, à la conduite d'échappement 8 comprenant un élément de traitement 10 des gaz, par exemple un filtre. Le dispositif 1 comprend également une conduite d'admission 11 alimentant en air propre le compresseur 6, du côté de la conduite d'admission 7, et une conduite d'échappement 12. La conduite d'échappement 12 est reliée au compresseur 6 et montée du côté de la conduite d'échappement 8. La conduite d'échappement 12 est pourvue d'un élément de traitement 13 des gaz, par exemple un filtre. Le compresseur 6 à ondes de pression, de conception connue, comprend un stator et un rotor (non représentés). Le rotor est relié, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission 14 à un élément d'entraînement 15 en rotation du rotor, par exemple un moteur électrique. Le rotor du compresseur 6 est formé par une pluralité de canaux s'étendant sensiblement axialement le long du compresseur en étant agencés circonférentiellement. Le compresseur 6 comprend un flasque d'admission 16 et un flasque d'échappement 17 montés à proximité des extrémités axiales des canaux et présentant une dimension radiale sensiblement égale à celle du rotor du compresseur 6. Le flasque d'admission 16 est monté du côté des conduites d'admission 7 et 11, et le flasque d'échappement 17 est disposé du côté des conduites d'échappement 8, 12, lesdites conduites 7, 11 et 8, 12 étant respectivement en contact avec la surface extérieure desdits flasques 16, 17. Chacun desdits flasques 16, 17 circulaires est fixé solidairement sur le stator du compresseur 6. Les flasques 16, 17 sont avantageusement réalisés en matière métallique. Sur la figure 2, est représenté schématiquement en vue frontale le flasque d'admission 16 pourvu de premières et secondes ouvertures, 18 et 19, agencées circonférentiellement. L'ouverture 18 permet le passage des gaz comprimés issus du compresseur 6 (figure 1) à travers la conduite d'admission 7, l'ouverture 19 permettant l'alimentation en air propre du compresseur 6, par l'intermédiaire de la conduite d'admission 11. Les ouvertures 18 et 19 se présentent sous la forme de portions d'évidements annulaires décalées radialement vers l'intérieur par rapport au bord périphérique 16a du flasque 16. Les ouvertures 18 et 19 présentent des dimensions radiales sensiblement égales. On a représenté, sur la figure, deux axes orthogonaux X-X' et Y-Y' se croisant en un point référencé O, sensiblement au centre du flasque d'admission 16. Les ouvertures 18 et 19 sont centrées par rapport au point O. L'ouverture 18 s'étend angulairement entre les angles al et a2 de rayons du flasque 16 par rapport à l'axe Y-Y'. Les angles a, et a2 peuvent, par exemple, valoir respectivement 17 et 47,2 . L'ouverture 19 présente une dimension circonférentielle sensiblement supérieure à celle de l'ouverture 18. L'ouverture 19 s'étend angulairement entre les angles a3 et a4 de rayons du flasque 16 par rapport à l'axe Y-Y'. Lesdits angles a3 et a4 peuvent, par exemple, valoir 74 et 148,5 . Le flasque d'admission 16 comprend également des éléments d'obturation 20, 21 pouvant obturer respectivement les ouvertures 18 et 19. Les éléments d'obturation 20, 21 présentent une forme sensiblement correspondante à celle des ouvertures 18 et 19 et peuvent être du type guillotine . Les éléments d'obturation 20, 21 se déplacent circonférentiellement, par exemple à l'aide d'une commande pneumatique, pour venir obturer les ouvertures 18 et 19. Comme illustré schématiquement sur la figure 3, le flasque d'échappement 17 est pourvu de premières et secondes ouvertures 22, 23 agencées circonférentiellement. L'ouverture 23 permet le passage des gaz d'échappement véhiculés par l'intermédiaire de la conduite d'échappement 8 (figure 1) à l'intérieur du compresseur 6, l'ouverture 23 permettant l'échappement d'une partie desdits gaz d'échappement vers l'extérieur, par la conduite 12. Les ouvertures 22 et 23, du même type que celles précédemment décrites à la figure 2, présentent une dimension radiale égale à celle des ouvertures 18 et 19 et sont disposées sensiblement à la même distance du point O, par rapport aux dites ouvertures 18 et 19. L'ouverture 22 s'étend angulairement entre l'axe Y-Y' et l'angle a5 d'un rayon du flasque 17 par rapport audit axe, a5 valant par exemple 33,8 . L'ouverture 23 s'étend angulairement sensiblement entre les angles a6 et a7 de rayons du flasque 17 par rapport à l'axe Y-Y', lesdits angles pouvant valoir respectivement 237,5 et 345,9 . Le flasque d'échappement 17 comprend également des éléments d'obturation 24 et 25, du même type que ceux précédemment décrits, aptes à obturer respectivement les ouvertures 22 et 23. Les éléments d'obturation 24 et 25 présentent une forme correspondante à celle des ouvertures 22 et 23. Les éléments d'obturation 24, 25 se déplacent circonférentiellement, par exemple à l'aide d'une commande pneumatique. En se référant de nouveau à la figure 1, le dispositif 1 comprend également un élément de commande 26 apte à commander l'élément d'entraînement 15, ainsi que les éléments d'obturation des flasques d'admission et d'échappement 16 et 17, tel que représenté schématiquement par les flèches référencées 27 à 29. L'élément de commande 26 permet ainsi de piloter, par l'intermédiaire de l'élément d'entraînement 15, la vitesse de rotation du rotor du compresseur 6 mais également la position angulaire des éléments d'obturation 20, 21 (figure 2) du flasque d'admission 16 et des éléments d'obturation 24, 25 (figure 2) du flasque d'échappement 17. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: la conduite d'admission 7 véhicule jusqu'au compresseur 6 de l'air frais, tel que schématisé par la flèche 30, la conduite d'admission 7 alimente le moteur 2 par un mélange de gaz comprimés comprenant un mélange d'air frais et de gaz d'échappement recyclés, symbolisés par les flèches 31. Les gaz d'échappement issus de la combustion du moteur 2 collectés par le collecteur 8a sont transportés par la conduite 8 vers l'élément de traitement 10 puis le compresseur 6, tel que schématisé par les flèches 32, où une partie des gaz sera recyclée vers la conduite d'admission 7, l'autre partie desdits gaz d'échappement, symbolisée par la flèche 33, étant évacuée vers l'extérieur, par l'intermédiaire de la conduite d'échappement 12. Suivant le taux de gaz d'échappement recyclés désiré, Ies éléments d'obturation 20, 21 et 24, 25 sont pilotés angulairement, par l'élément de commande 26, pour réaliser une obturation partielle ou complète des ouvertures 18, 19 et 22, 23. En outre, la vitesse de rotation peut également être modifiée selon ladite quantité désirée. En d'autres termes, le compresseur 6 est piloté, par sa vitesse de rotation ainsi que par l'obturation de ses canaux du rotor, pour fournir une contribution variable en gaz d'échappement recyclés suivant le taux de gaz d'échappement recyclés désiré. La vitesse de rotation du rotor du compresseur 6 ainsi que l'obturation desdites ouvertures 18, 19 et 22, 23 peuvent être déterminées à partir d'une cartographie calibrable en fonction de la demande en coupe du conducteur, exprimée par l'état d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, du régime moteur et d'autres paramètres tels que la température d'air d'admission, la pression atmosphérique. Pour chaque point de fonctionnement du moteur, le taux de gaz recyclés et la pression de suralimentation peuvent ainsi être ajustés. Le dispositif selon l'invention permet non seulement une suralimentation du moteur permettant d'augmenter les performances dudit moteur mais également une modification et une gestion aisée du taux de gaz recyclés traversant la conduite d'admission alimentant le moteur. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de suralimentation adapté à un moteur (2) à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comportant une culasse et au moins un cylindre (3) au-dessus duquel la culasse définit une chambre de combustion, le dispositif comprenant un compresseur (6) à ondes de pression du type comprenant un stator et un rotor formé d'une pluralité de canaux, une conduite d'admission (7) en gaz comprimés comprenant un mélange de gaz frais et de gaz d'échappement recyclés issus de la combustion, ladite conduite d'admission étant reliée au compresseur et destinée à alimenter le cylindre du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un élément de commande (26) du compresseur apte à permettre un pilotage de la quantité de gaz d'échappement recyclés traversant la conduite d'admission. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur comprend un flasque d'admission (16) pourvu d'une première ouverture (18) pour le passage de gaz à travers la conduite d'admission (7) en gaz comprimés et d'un premier élément d'obturation (20) apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flasque d'admission comprend une seconde ouverture (19) coopérant avec une conduite d'admission (11) en air du compresseur et un second élément d'obturation (21) apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de commande (26) est adapté pour piloter au moins un des éléments d'obturation (20, 21). 5/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le compresseur comprend un flasque d'échappement (17) pourvu d'une première ouverture (22) coopérant avec une conduite d'alimentation (8) en gaz d'échappement du compresseur et un premier élément d'obturation (24) apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le flasque d'échappement comprend une seconde ouverture (23) coopérant avec une conduite d'échappement en gaz d'échappement (12) du compresseur et un second élément d'obturation (25) apte à obturer au moins en partie ladite ouverture. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de commande (26) est adapté pour piloter au moins un des éléments d'obturation (24, 25). 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de commande est adapté pour piloter le rotor du compresseur. 9/ Moteur thermique à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant une culasse, au moins un cylindre (3) au-dessus duquel la culasse définit une chambre de combustion, et un dispositif de suralimentation pourvu d'un compresseur (6) à ondes de pression du type comprenant un stator et un rotor formé d'une pluralité de canaux, d'une conduite d'admission (7) en gaz comprimés comprenant un mélange de gaz frais et de gaz d'échappement recyclés issus de la combustion, ladite conduite d'admission étant reliée au compresseur et destinée à alimenter le cylindre du moteur, caractérisé en ce que le dispositif comprend un élément de commande (26) du compresseur apte à permettre un pilotage de la quantité de gaz d'échappement recyclés traversant la conduite d'admission. 10/ Procédé de suralimentation en air d'un moteur à combustion interne avec recyclage gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur, caractérisé en ce que les gaz d'échappement sont injectés dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un compresseur à ondes de pression, ledit compresseur étant commandé pour fournir une contribution variable en fonction du taux de gaz d'échappement recyclés désiré. 11/ Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le débit de gaz d'échappement recyclés est commandé par la vitesse de rotation du compresseur. 12/ Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le débit de gaz d'échappement recyclés est commandé par l'obturation, au moins en partie, de canaux du compresseur.