Brevet FR2888879A1 — publié le 20070126

L'invention concerne les moteurs de véhicules automobiles, et en particulier la fonction de suralimentation de ces moteurs. Il est connu d'effectuer une suralimentation en air des moteurs à combustion interne, qui consiste à augmenter la pression de l'air provenant de l'extérieur dans le circuit d'admission. II est connu d'effectuer cette suralimentation au moyen d'un compresseur à ondes de pression ou PWS (pour Pressure Wave Supercharger). Ce compresseur est constitué d'un rotor formé par une ou plusieurs couches de canaux. Le rotor est en contact par des lumières avec le circuit d'échappement et le circuit d'admission. La différence de pression existant entre les gaz de ces deux circuits provoque une onde de choc à l'intérieur de chaque tube du rotor. Le bon dimensionnement des canaux et un phasage correct de l'ouverture et de la fermeture des lumières du rotor du compresseur permettent d'assurer la suralimentation du moteur. Un tel dispositif est par exemple divulgué dans le document EP-205 843. Un des problèmes posés par cette technologie réside néanmoins dans la maîtrise du taux de gaz dits recirculés dans le moteur, c'est-à-dire du taux de gaz du circuit d'échappement destinés à être réintroduits dans le circuit d'admission. Ces gaz recirculés peuvent en effet limiter fortement les performances spécifiques à haut régime des moteurs utilisant de tels compresseurs. Il est par ailleurs connu d'effectuer la suralimentation au moyen d'un turbocompresseur comprenant une turbine mise en mouvement par les gaz d'échappement et actionnant un compresseur situé dans le circuit d'admission. II est aujourd'hui difficile de trouver un système permettant d'assurer un niveau de suralimentation suffisant à la fois pour les bas et les hauts régimes de rotation du moteur. (Le problème est d'autant plus aigu que la cylindrée du moteur est faible. En effet, le rendement des petites turbines et des petits compresseurs est plus faible que celui des compresseurs plus gros.) Les dispositifs de suralimentation sont en effet dimensionnés pour atteindre leur optimum de fonctionnement dans une certaine plage de régime du moteur. Cette adaptation partielle se paie donc soit par une chute de performances à haut régime, soit par une forte inertie du moteur à bas régime. Par ailleurs, les modes de combustion propres, c'est-à-dire à faibles émissions polluantes, s'appuient sur de forts taux de gaz recirculés (ou gaz d'EGR) ainsi que de fortes pressions de suralimentation. Or, ces deux points sont difficilement compatibles avec les systèmes de suralimentation traditionnels. Un but de l'invention est d'améliorer la fonction de suralimentation pour accroître les performances du moteur. A cet effet, on prévoit selon l'invention un moteur de véhicule comprenant un compresseur à ondes de pression, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un turbocompresseur, le turbocompresseur comprenant un compresseur agencé pour alimenter le compresseur à onde de pression en air frais comprimé. La double suralimentation du moteur par le compresseur à ondes de pression et le turbocompresseur permet d'obtenir les meilleures performances possibles du moteur dans toute la plage de fonctionnement de celui-ci. Dans la configuration proposée par l'invention, le compresseur du turbocompresseur est agencé pour alimenter le compresseur à onde de pression en air frais. Le turbocompresseur permet donc de suralimenter le compresseur à ondes de pression et ainsi de pallier la faible efficacité du compresseur à onde de pression dans une plage de haut régime de rotation du moteur. En outre, le turbocompresseur permet de maintenir un taux de gaz recirculés élevé dans toute la plage de fonctionnement du moteur. Par ailleurs, dans cette configuration, il est possible d'utiliser le compresseur à onde de pression (PWS) pour permettre d'introduire dans la chambre de combustion des mélanges de gaz comprimés dont les compositions sont contrôlées de manière indépendante par deux conduits d'alimentation distincts et ainsi de générer une stratification des gaz dans la chambre de combustion. Plus précisément, le moteur peut ainsi présenter des caractéristiques suivantes: - le moteur comprend un circuit d'admission apte à amener de l'air jusqu'à une chambre de combustion du moteur et un circuit d'échappement apte à évacuer des gaz d'échappement depuis la chambre de combustion du moteur, le compresseur à ondes de pression et le turbocompresseur s'étendant entre le circuit d'admission et le circuit d'échappement, - le moteur comprend un circuit d'admission comprenant un premier conduit d'alimentation apte à amener un premier mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés depuis le compresseur à onde de pression jusqu'à une chambre de combustion du moteur et un deuxième conduit d'alimentation apte à amener un deuxième mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés depuis le compresseur à onde de pression jusqu'à la chambre de combustion du moteur, - le moteur comprend un circuit d'échappement comprenant un premier conduit de sortie de gaz d'échappement apte à évacuer des gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression et un deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement apte à évacuer des gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression, le premier conduit de sortie de gaz d'échappement et le deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement étant aptes à être mis successivement en communication avec un même canal d'un rotor du compresseur à onde de pression, - les conduits de sortie de gaz d'échappement présentent des moyens pour régler de manière indépendante des taux de gaz d'échappement recirculés dans les premier et deuxième mélanges, - le turbocompresseur comprend une turbine comprenant deux entrées, les entrées étant connectées respectivement au premier conduit de sortie de gaz d'échappement et au deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement. L'invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d'un moteur de véhicule, selon lequel on suralimente le moteur au moyen d'un compresseur à ondes de pression et d'un turbocompresseur comprenant un compresseur, le compresseur alimentant le compresseur à onde de pression en air frais comprimé. Le procédé peut comprendre des étapes selon lesquelles: on amène un premier mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés par un premier conduit d'alimentation depuis le compresseur à onde de pression jusqu'à une chambre d'admission du moteur, - on amène un deuxième mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés par un deuxième conduit d'alimentation depuis le compresseur à onde de pression jusqu'à la chambre d'admission du moteur. Le procédé peut comprendre des étapes selon lesquelles: - on évacue des gaz d'échappement par un premier conduit de sortie de gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression, - on évacue des gaz d'échappement par un deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression, en mettant successivement en communication le premier conduit de sortie de gaz d'échappement et le deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement avec un même canal d'un rotor du compresseur à onde de pression. Le procédé peut comprendre une étape selon laquelle on contrôle une section de l'un des premier et deuxième conduits de sortie de gaz d'échappement de manière à régler de manière indépendante des taux de gaz d'échappement recirculés dans les premier et deuxième mélanges. Le procédé peut comprendre une étape selon laquelle, le turbocompresseur comprenant une turbine présentant deux entrées, on alimente les entrées de la turbine respectivement par le premier conduit de sortie de gaz d'échappement et par le deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de deux modes préférés de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annhexés parmi lesquels: - la figure 1 représente de manière schématique un moteur conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente de manière schématique deux parties d'un stator de compresseur à onde de pression, l'une des parties étant destinée à être connectée à un circuit d'échappement et l'autre partie est destinée à être connectée à un circuit d'admission. Sur la figure 1, on représenté de manière schématique un moteur comprenant une chambre de combustion 1 dans laquelle est reçue un piston, et un système d'alimentation. Le système d'alimentation comprend un compresseur à onde de pression 2, un turbocompresseur 3, un circuit d'admission 4 apte à amener de l'air frais dans la chambre de combustion 1 et un circuit d'échappement 5 apte à évacuer des gaz d'échappement produits par la combustion du carburant dans la chambre de combustion 1. Le turbocompresseur 3 comprend un compresseur 34, une turbine 20 35 et un arbre 36 reliant la turbine 35 au compresseur 34 pour entraîner ce dernier en rotation. La turbine 3 comprend deux entrées. Le circuit d'admission 4 comprend: - un conduit 41 d'entrée d'air frais apte à amener de l'air frais en provenance de l'extérieur du véhicule vers le compresseur 34, - un conduit 42 apte à amener de l'air frais comprimé par le compresseur 34 vers le compresseur à onde de pression 2, - un premier conduit 43 d'alimentation apte à amener un premier mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recyclés depuis le compresseur à onde de pression 2 vers la chambre de combustion 1, et - un deuxième conduit 44 d'alimentation apte à amener un deuxième mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recyclés depuis le compresseur à onde de pression 2 vers la chambre de combustion 1. Les conduits d'alimentation 43 et 44 permettent d'amener dans la chambre de combustion 1 un premier mélange et un deuxième mélange présentant des taux de gaz d'échappement recyclés différents de manière à créer dans la chambre de combustion une stratification. Le circuit d'échappement 5 comprend: - un conduit 52 de prélèvement de gaz d'échappement apte à amener des gaz d'échappement en provenance de la chambre 1 vers le compresseur à onde de pression 2, - un premier conduit 53 apte à évacuer des gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression 2 vers la turbine 35, et - un deuxième conduit 54 également apte à évacuer des gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression 2 vers la turbine 35, - un conduit 55 de sortie de gaz d'échappement apte à évacuer des 15 gaz d'échappement vers l'extérieur du véhicule. Les conduits 53 et 54 sont reliés à des entrées respectives de la turbine 35. Chacun des conduits d'échappement 53 et 54 alimente l'une des entrées de la turbine 35 du turbocompresseur 3. Par ailleurs, le système d'alimentation comprend des moyens pour contrôler les sections des conduits 53 et 54. A cet effet, le premier conduit 53 et le deuxième conduit 54 sont munis respectivement de vannes papillon 63 et 64. Les vannes papillon sont aptes à être commandées par une unité de contrôle électronique (UCE) du véhicule. Comme on le voit, le compresseur à onde de pression 2 est 25 interposé entre le turbocompresseur et la chambre de combustion 1 du moteur par référence aux circuits 4 et 5. Le compresseur à onde de pression 2 comprend de manière classique un rotor entraîné en rotation par le moteur et un stator. Le rotor comprend un ou plusieurs canaux s'étendant dans des directions radiales de celui- ci. La figure 2 représente de manière schématique deux parties 23 et 24 du stator du compresseur à onde de pression 2. La partie d'admission 23 du stator comprend des ouvertures destinées à mettre en communication un canal du rotor avec le circuit d'admission 4. Plus précisément, la partie d'admission 24 comprend deux ouvertures 240 et 241 basse pression et deux ouvertures 243 et 244 haute pression. Les ouvertures 240 et 242 basse pression sont connectées au conduit 42 d'entrée d'air comprimé. Les ouvertures 243 et 244 haute pression sont connectées respectivement aux conduits d'alimentation 43 et 44. La partie d'échappement 25 du stator comprend des ouvertures destinées à mettre en communication le canal du rotor avec le circuit d'échappement 5. Plus précisément, la partie d'échappement 25 comprend deux ouvertures 250 et 252 haute pression et deux ouvertures 253 et 254 basse pression. Les ouvertures 250 et 252 haute pression sont connectées au conduit 41 d'entrée de gaz d'échappement 52. Les ouvertures 253 et 254 basse pression sont connectées respectivement aux conduits 53 et 54 de sortie de gaz d'échappement. Lors d'une rotation du rotor (selon la flèche), le canal du rotor met 20 successivement en communication: - le conduit 52 d'entrée de gaz d'échappement et le premier conduit 43 d'alimentation, par l'intermédiaire des ouvertures 252 et 243, - le conduit 42 d'entrée d'air comprimé et le premier conduit 53 de sortie de gaz d'échappement, par l'intermédiaire des ouvertures 242 et 253, - le conduit 52 d'entrée de gaz d'échappement et le deuxième conduit 44 d'alimentation, par l'intermédiaire des ouvertures 250 et 244, - le conduit 42 d'entrée d'air comprimé et le deuxième conduit 54 de sortie de gaz d'échappement, par l'intermédiaire des ouvertures 240 et 254. Lors d'un cycle de rotation du rotor, le compresseur à onde de pression réalise les étapes suivantes: - expulsion d'un premier mélange comprenant de l'air et des gaz d'échappement vers le premier conduit 43 d'alimentation, - évacuation du mélange air gaz d'échappement par le premier conduit 53 de sortie de gaz d'échappement et introduction d'air frais comprimé par le conduit 42, - expulsion d'un deuxième mélange comprenant de l'air et des gaz 5 d'échappement vers le deuxième conduit 44 d'alimentation, - évacuation du mélange air gaz d'échappement par le deuxième conduit 54 de sortie de gaz d'échappement et introduction d'air frais comprimé par le conduit 42. Le réglage de l'ouverture des vannes 63 et 64 (figure 1) permet de régler les sections des conduits d'échappement 53 et 54 et ainsi les taux de gaz d'échappement contenus dans les conduits d'entrée d'air comprimés 43 et 44. Les vannes 63 et 64 permettent de piloter de manière indépendante les taux de gaz d'échappement recyclés injectés dans la chambre de combustion du moteur par le premier conduit 43 d'admission et par le deuxième conduit 44 d'admission. Il est ainsi possible de régler les vannes 63 et 64 pour obtenir des taux de gaz d'échappement recyclés différents dans les conduits 43 et 44 de manière à former dans la chambre de combustion 1 une stratification des gaz. Les vannes 63 et 64 sont commandées par l'unité de contrôle électronique (UCE) du véhicule qui gère le fonctionnement du moteur. L'unité de commande électronique est programmée pour commander de manière indépendante l'ouverture des vannes 63 et 64 en fonction du régime du moteur en vue d'obtenir une stratification adaptée dans la chambre de combustion du moteur. On a décrit un mode de réalisation dans lequel les moyens pour contrôler les sections des conduits 53 et 54 comprennent des vannes 63 et 64. Cependant, comme on l'aura compris, d'autres moyens peuvent être envisagés. En particulier, les moyens pour contrôler les sections des conduits 53 et 54 peuvent comprendre une portion de conduit présentant une section rétrécie ou étranglement. Un tel étranglement permet de régler de manière permanente la quantité de gaz expulsé par un conduit de sortie de gaz d'échappement. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, le compresseur à onde de pression 2 permet d'effectuer une recirculation des gaz d'échappement et une suralimentation du moteur. Le turbocompresseur 3 permet uniquement d'effectuer une suralimentation du moteur, mais de manière plus importante que le compresseur à onde de pression. Ainsi, le couplage en série du turbocompresseur et du compresseur à onde de pression permet une forte suralimentation et la recirculation des gaz d'échappement sur une large gamme de régimes de rotation du moteur. Dans la configuration proposée, le système d'alimentation du moteur est organisé en deux étages de suralimentation connectés en série par référence aux circuits 4 et 5: un premier étage basse pression comprenant le turbocompresseur 3 et un deuxième étage haute pression comprenant le compresseur à onde de pression 2. Le turbocompresseur 3 est agencé pour alimenter le compresseur à onde de pression 2 en air frais comprimé. Le turbocompresseur 3 permet ainsi d'augmenter la quantité d'air brassée par le compresseur à onde de pression 2. Cette configuration permet d'augmenter les performances de la suralimentation et du compresseur à onde de pression. Cette configuration permet en outre de tirer partie du compresseur à onde de pression pour réaliser une stratification des gaz dans la chambre de combustion 1 du moteur. REVENDICATIONS 1. Moteur de véhicule comprenant un compresseur à ondes de pression (2), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un turbocompresseur (3), le turbocompresseur (3) comprenant un compresseur (34) agencé pour alimenter le compresseur à onde de pression (2) en air frais comprimé. 2. Moteur selon la revendication 1, comprenant un circuit d'admission (4) apte à amener de l'air jusqu'à une chambre de combustion (1) du moteur et un circuit d'échappement (5) apte à évacuer des gaz d'échappement depuis la chambre de combustion (1) du moteur, le compresseur à ondes de pression (2) et le turbocompresseur (3) s'étendant entre le circuit d'admission (4) et le circuit d'échappement (5). 3. Moteur selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant un circuit d'admission (4) comprenant un premier conduit d'alimentation (43) apte à amener un premier mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés depuis le compresseur à onde de pression (2) jusqu'à une chambre de combustion (1) du moteur et un deuxième conduit d'alimentation (44) apte à amener un deuxième mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés depuis le compresseur à onde de pression (2) jusqu'à la chambre de combustion (1) du moteur. 4. Moteur selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant un circuit d'échappement (5) comprenant un premier conduit de sortie de gaz d'échappement (53) apte à évacuer des gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression (2) et un deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement (54) apte à évacuer des gaz d'échappement depuis le compresseur à onde de pression (2), le premier conduit de sortie de gaz d'échappement (53) et le deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement (54) étant aptes à être mis successivement en communication avec un même canal d'un rotor du compresseur à onde de pression (2). 5. Moteur selon les revendications 3 et 4 en combinaison, dans lequel les conduits de sortie de gaz d'échappement (53, 54) présentent des moyens (63, 64) pour régler de manière indépendante des taux de gaz d'échappement recirculés dans les premier et deuxième mélanges. 6. Moteur selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le turbocompresseur (3) comprend une turbine (35) comprenant deux entrées, les entrées étant connectées respectivement au premier conduit de sortie de gaz d'échappement (53) et au deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement (54). 7. Procédé de commande d'un moteur de véhicule, selon lequel on suralimente le moteur au moyen d'un compresseur à ondes de pression (2) et d'un turbocompresseur (3) comprenant un compresseur (34), le compresseur (34) alimentant le compresseur à onde de pression (2) en air frais comprimé. 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant des étapes selon lesquelles: - on amène un premier mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés par un premier conduit d'alimentation (43) depuis le compresseur à onde de pression (2) jusqu'à une chambre d'admission (1) du moteur, - on amène un deuxième mélange contenant de l'air et des gaz d'échappement recirculés par un deuxième conduit d'alimentation (44) depuis le compresseur à onde de pression (2) jusqu'à la chambre d'admission (1) du moteur. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, comprenant des étapes selon lesquelles: - on évacue des gaz d'échappement par un premier conduit de sortie de gaz d'échappement (53) depuis le compresseur à onde de pression (2), - on évacue des gaz d'échappement par un deuxième conduit de 5 sortie de gaz d'échappement (54) depuis le compresseur à onde de pression (2) en mettant successivement en communication le premier conduit de sortie de gaz d'échappement (53) et le deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement (54) avec un même canal d'un rotor du compresseur à onde de pression (2). 10. Procédé selon les revendications 8 et 9 en combinaison, comprenant une étape selon laquelle on contrôle une section de l'un des premier et deuxième conduits de sortie de gaz d'échappement (53, 54) de manière à régler de manière indépendante des taux de gaz d'échappement recirculés dans les premier et deuxième mélanges. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant en outre une étape selon laquelle, le turbocompresseur comprenant une turbine (35) présentant deux entrées, on alimente les entrées de la turbine (35) respectivement par le premier conduit de sortie de gaz d'échappement (53) et par le deuxième conduit de sortie de gaz d'échappement (54).