Brevet FR2891310A3 — publié le 20070330

FR 2891310 A3 20070330 FR 0509756 A 20050923 L'invention concerne les moteurs, en particulier pour véhicule. Elle concerne plus précisément les moteurs comprenant un turbocompresseur, un compresseur à ondes de pression (désigné par l'acronyme PWS pour Pressure Wave Supercharger ), et un système EGR de gestion de gaz dits de recirculation (EGR étant l'acronyme pour Exhaust Gaz Recirculation en langue anglosaxonne). Les compresseurs à ondes de pression PWS ont déjà été utilisés pour suralimenter des moteurs. Typiquement un tel compresseur PWS est un dispositif comportant un rotor formé par une ou plusieurs couches de canaux, constituée(s) par exemple par des tubes. Le rotor est en communication, notamment par des lumières, avec un échappement et une admission du moteur. Une différence de pression entre des gaz de combustion présents à l'échappement et à l'admission est apte à provoquer une onde de choc à l'intérieur de chacun des tubes du rotor. Un phasage adapté de l'ouverture/fermeture des lumières du rotor permet alors d'assurer une suralimentation adéquate du moteur. Bien qu'ayant rendu de nombreux services, ce type de compresseur a été délaissé dans une certaine mesure au profit notamment des turbocompresseurs que l'on connaît aujourd'hui. Une raison est qu'à l'époque les compresseurs à ondes de pression rendaient les moteurs peu adaptés pour répondre aux exigences en matière de pollution imposées aux constructeurs. En particulier, ces contraintes antipollution conduisaient à régler les moteurs avec de faibles taux EGR, alors que les compresseurs à ondes de 2891310 2 pression étaient, et sont encore connus pour constituer des dispositifs qui contribuent au contraire à augmenter ce taux. Compte tenu de l'évolution des performances souhaitées en terme notamment d'agrément moteur et d'émission de particules, les turbocompresseurs comportant une turbine et un compresseur ont alors permis d'obtenir des résultats très satisfaisants. Aujourd'hui, l'utilisation d'un turbocompresseur est donc largement répandue. Classiquement, le moteur est pourvu d'une turbine située dans un flux de gaz d'échappement du moteur pour obtenir une certaine énergie. La turbine entraîne alors au travers d'un axe le compresseur qui aspire de l'air, le compresse, et l'injecte dans la chambre de combustion. La puissance du moteur, et en quelque sorte l'agrément moteur, sont ainsi améliorés. Toutefois, un problème lié à l'utilisation d'un tel turbocompresseur est que les performances moteur ne sont généralement meilleures que pour des conditions limitées de fonctionnement du moteur. Par exemple, la puissance est certes améliorée, mais uniquement pour des plages de régime moteur prédéterminées, typiquement pour les hauts régimes. On connaît des solutions pour étendre cette plage de fonctionnement. A titre d'exemple, on peut utiliser une turbine dont l'inclinaison d'ailettes est pilotée en fonction du régime moteur. Un tel turbocompresseur est souvent désigné par turbo à géométrie variable. Le gain apporté par le turbocompresseur est alors amélioré à bas régime, mais dans une certaine mesure seulement. En effet, les conditions de fonctionnement de ce turbocompresseur, et de manière plus générale d'un turbocompresseur quel qu'il soit, sont néanmoins encore contraintes par les normes antipollution. En particulier, ces nouvelles normes conduisent maintenant à vouloir réaliser des moteurs à taux EGR plus fort. Et, l'optimisation du moteur pour obtenir conjointement un tel taux EGR ainsi qu'un haut rendement du turbocompresseur demeure délicate. Un tel compromis explique ainsi que ladite plage de fonctionnement n'est généralement pas aussi étendue que souhaitée. Un but de l'invention est de s'affranchir des ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un moteur comportant un compresseur et une turbine formant turbocompresseur ainsi qu'un compresseur à ondes de pression coopérant avec le turbocompresseur, caractérisé en ce que la turbine et le compresseur sont agencés avec le compresseur à ondes de pression pour que des gaz qui entrent dans la turbine possèdent une pression supérieure à ceux qui entrent dans le compresseur du turbocompresseur. Ainsi, selon l'invention, on s'affranchit des inconvénients de l'art antérieur en agençant de manière appropriée un compresseur à ondes de pression à un turbocompresseur. Avantageusement, le compresseur à ondes de pression contribue notamment à réaliser un taux EGR élevé laissant ainsi une marge de manoeuvre pour le réglage et le fonctionnement du turbocompresseur. Le compresseur à ondes de pression est en outre agencé de sorte qu'il participe à la recirculation des gaz d'échappement et à la suralimentation du moteur, cette dernière étant également assurée par le turbocompresseur. De cette manière, le couplage proposé permet une forte suralimentation et recirculation des gaz d'échappement sur une plage de fonctionnement du moteur très importante, et en particulier sur une gamme de régime moteur étendue. Des aspects préférés non limitatifs de ce moteur sont les suivants: - la turbine est disposée entre une sortie d'un collecteur échappement du moteur et une entrée du compresseur à ondes de pression; - le compresseur est disposé entre une entrée d'admission d'air ambiant et une entrée du compresseur à ondes de pression; - au moins une sortie du compresseur à ondes de pression est en communication avec au moins une entrée d'une ligne échappement du moteur; - au moins une sortie du compresseur à ondes de pression est en communication avec au moins une entrée d'un collecteur admission du moteur; - le compresseur à ondes de pression comporte: - deux sorties en communication avec l'entrée au moins prévue du collecteur admission, et - deux sorties en communication avec l'entrée de la ligne échappement. L'invention propose également un procédé de commande d'un moteur comportant une turbine et un compresseur formant turbocompresseur ainsi qu'un compresseur à ondes de pression coopérant avec le turbocompresseur, caractérisé en ce que l'on alimente la turbine avec des gaz dont une pression est supérieure à celle de gaz qui alimentent le compresseur du turbocompresseur. Des aspects préférés non limitatifs de ce procédé sont les suivants - on alimente le compresseur à ondes de pression en air ambiant au moyen du compresseur; - on suralimente le moteur avec des gaz issus du compresseur à ondes de pression. D'autres aspects, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante faite conjointement avec les dessins sur lesquels: la figure 1 montre schématiquement un moteur selon l'invention, la figure 2 montre schématiquement une variante du moteur de la figure 1 dans laquelle on réalise une double suralimentation dite croisée. En se référant maintenant à la figure 1, un moteur selon un mode de réalisation de l'invention comporte un bloc moteur 1, connu en soi, comprenant notamment un collecteur d'admission 2, d'échappement 3 et une chambre de combustion. Le moteur comporte en outre un compresseur PWS à ondes de pression 6 et un turbocompresseur pourvu classiquement d'une turbine 4 et d'un compresseur 5. Le compresseur PWS et le turbocompresseur sont agencés pour que des gaz qui entrent dans la turbine 4 possèdent une pression supérieure à ceux qui entrent dans le compresseur 5. A tire d'exemple, dans le mode de réalisation de la figure 1, on peut considérer que le compresseur PWS se trouve à la réunion de deux boucles de circulation de gaz. Dans la première boucle B1, les gaz sortent du moteur, passent à travers le compresseur PWS pour être finalement injectés à nouveau dans le moteur. Dans la boucle B2, des gaz tel que de l'air ambiant 7 passent par le compresseur PWS et entrent ensuite dans une ligne d'échappement 10. Les gaz présents dans la boucle B1 sont à une pression supérieure à ceux dans la boucle B2. Comme énoncé précedemment, selon l'invention on agence la turbine et le compresseur autour du compresseur PWS de sorte que les gaz passant dans la turbine aient une pression supérieure à ceux qui passent dans le 10 compresseur du turbocompresseur. Ainsi, dans le mode de réalisation tel qu'illustré à titre d'exemple, la turbine 4 et le compresseur 5 sont disposés dans les boucles 1 et 2, respectivement. En particulier, la turbine se trouve entre une sortie du moteur et une 15 entrée du compresseur PWS, et le compresseur 5 se trouve entre une entrée d'air ambiant 7 et une entrée du compresseur PWS. Dans tous les cas, le compresseur PWS possède une sortie reliée au moteur, typiquement par un conduit, et une autre sortie reliée à la ligne d'échappement 10. Selon cet agencement, la turbine 4 récupère plus d'énergie des gaz qui la traversent que si elle se trouvait dans la boucle 2. Une raison est que ces gaz ont une enthalpie plus élevée dans la boucle 1 que dans la boucle 2. Ainsi, la turbine 4 fournit de manière très efficace toute l'énergie 25 nécessaire au compresseur 5. Ce compresseur 5 n'a alors aucune difficulté à comprimer l'air ambiant 7 et à l'administrer au compresseur PWS. A cet égard, la présence du compresseur 5 dans la boucle 2 permet de renforcer cette efficacité dans la mesure notamment où cela lui permet d'augmenter la quantité d'air brassée par le compresseur PWS. Ainsi, avantageusement, le compresseur PWS améliore la suralimentation du moteur déjà assurée en particulier par la turbine 4. Par ailleurs, un tel agencement offre un certain degré de liberté quant à la conception de ces divers éléments. Par exemple, l'augmentation précitée de la quantité d'air brassée dans le compresseur PWS laisse une certaine souplesse au niveau de son dimensionnement. En particulier, on peut choisir de réduire sensiblement celui-ci, ce qui permet d'améliorer ses performances dans des conditions particulières de fonctionnement du moteur. Comme on l'aura compris, on peut donc dimensionner ce compresseur PWS 6 et le turbocompresseur de sorte que leurs effets respectifs soient complémentaires dans tous les régimes moteur, par exemple. Ainsi, on peut choisir un dimensionnement de ces éléments pour que la suralimentation du moteur soit assurée essentiellement par la turbine 4 à régimes élevés, et le compresseur PWS à régimes plus faibles. Un autre avantage d'un tel agencement est que le compromis précité entre un fort taux EGR et un haut rendement du turbocompresseur est sensiblement moins contraignant, car, comme expliqué précédemment, le compresseur PWS contribue déjà, à lui seul, à augmenter le taux EGR. Selon une variante illustrée à la figure 2, le moteur de l'invention possède une double tubulure d'admission. Plus précisément, par rapport au moteur de la figure 1, le compresseur PWS équipé d'une double tubulure de sortie, injecte les gaz à brûler dans le moteur au moyen de deux conduits d'alimentation SA1 et SA2 au lieu d'un seul SA1. Les deux conduits précités peuvent être reliés à deux sorties du compresseur PWS et deux entrées du collecteur admission. A cet égard, on notera que dans cette variante il est préférable que le moteur possède deux soupapes d'admission par cylindre. Le compresseur possèdent deux autres sorties SE1 et SE2 reliées à la ligne d'échappement 10, contre une seul précédemment. Un tel agencement, permet en plus des avantages précités de mettre en oeuvre une stratification des gaz d'échappement dans le moteur, notamment en contrôlant indépendamment le taux EGR dans chacune des tubulures du compresseur PWS. En d'autres termes, selon cette variante, on obtient un moteur dont les caractéristiques en terme de pression de suralimentation, de rendement de combustion et de taux EGR sont performantes à bas et haut régimes moteur, par exemple. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation tel que décrit ci-dessus et représentée par les dessins. En particulier, le principe de l'invention peut servir à améliorer d'autres paramètres de fonctionnement que le régime moteur. A titre d'exemple non limitatif, il peut s'agir de la charge moteur. De plus, le moteur n'est pas limité à l'utilisation d'un seul turbocompresseur. L'homme du métier pourra adapter le moteur de l'invention de manière évidente à d'autres configurations connues. Il est possible par exemple de combiner un ou plusieurs compresseur(s) à un ou plusieurs turbocompresseur(s) (bi-turbo). Par ailleurs, on peut utiliser différents types de turbines et/ou de compresseurs. Par exemple, en ce qui concerne la turbine, elle peut être munie d'une soupape de décharge (désignée couramment par wastegate en langue anglo-saxonne), et/ou d'un aubage éventuellement à calage variable. Elle peut en outre être de type dit twin scroll , etc. 2891310 10 REVENDICATIONS 1. Moteur comportant un compresseur (5) et une turbine (4) formant turbocompresseur ainsi qu'un compresseur à ondes de pression (6) coopérant avec le turbocompresseur, caractérisé en ce que la turbine (4) et le compresseur (5) sont agencés avec le compresseur à ondes de pression (6) pour que des gaz qui entrent dans la turbine (4) possèdent une pression supérieure à ceux qui entrent dans le compresseur (5) du turbocompresseur. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (4) est disposée entre une sortie d'un collecteur échappement (3) du moteur et une entrée du compresseur à ondes de pression (6). 3. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur (5) est disposé entre une entrée d'admission d'air ambiant (7) et une entrée du compresseur à ondes de pression (6). 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une sortie du compresseur à ondes de pression est en communication avec au moins une entrée d'une ligne échappement (10) du moteur. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une sortie du compresseur à ondes de pression (6) est en communication avec au moins une entrée d'un collecteur admission (2) du moteur. 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le compresseur à ondes de pression (6) comporte: 5. deux sorties en communication avec l'entrée au moins prévue du collecteur admission (2), et É deux sorties en communication avec l'entrée de la ligne échappement 7. Procédé de commande d'un moteur comportant une turbine (4) et un compresseur (5) formant turbocompresseur ainsi qu'un compresseur à ondes de pression (6) coopérant avec le turbocompresseur, caractérisé en ce que l'on alimente la turbine (4) avec des gaz dont une pression est supérieure à celle de gaz qui alimentent le compresseur (5) du turbocompresseur. 8. Procédé de commande d'un moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on alimente le compresseur à ondes de pression (6) en air ambiant (7) au moyen du compresseur. 9. Procédé de commande d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que l'on suralimente le moteur avec des gaz issus du compresseur à ondes de pression (6).