Brevet FR2916242A1 — publié le 20081121

La présente invention concerne un procédé de gestion des performances d'un moteur thermique et un moteur thermique adapté à une mise en oeuvre de ce procédé. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il est connu d'associer un réservoir de gaz sous pression à un moteur thermique. Le réservoir de gaz est alimenté soit par un compresseur extérieur au moteur, soit par le moteur thermique lui-même pendant les périodes de décélération du véhicule équipé du moteur thermi- que. Le moteur fonctionne alors en compresseur. Le gaz ainsi comprimé et stocké permet d'utiliser le moteur en moteur pneumatique, c'est-à-dire sans alimentation en carburant, par exemple pour lancer le véhicule après un arrêt. Par ailleurs, il est également connu de réaliser un moteur thermique équipé de soupapes d'admission et/ou d'échappement à commande indépendante. L'indépendance de chacune des soupapes est utilisée pour gérer des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Toutefois, dans les moteurs existants, chacune des soupapes garde sa fonction propre quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur thermique. OBJET DE L'INVENTION L'objet de l'invention est de proposer un procédé et une architecture du moteur thermique permettant d'assurer une gestion améliorée des performances du moteur thermique en fonction de différentes situations. RESUME DE L'INVENTION Selon un premier aspect de l'invention on prévoit un procédé de gestion des performances d'un moteur thermique comportant au moins un cylindre équipé d'une sou-pape d'admission reliée à un conduit d'admission, une soupape d'échappement reliée à un conduit d'échappement, 35. le procédé comportant l'étape d'introduire du gaz sous 30 pression directement dans ledit au moins un cylindre pendant une phase de fonctionnement en moteur thermique en utilisant une soupape à commande indépendante. Cela permet de multiplier les applications en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Selon une première application particulière, le gaz sous pression est de l'air introduit pendant une phase d'admission ou au début d'une phase de compression. On réalise ainsi une suralimentation favorable à un démar- rage à froid ou à une forte accélération. L'introduction d'air pendant la phase d'admission peut être précédée d'une introduction de gaz d'échappement, ce qui permet d'obtenir dans le cylindre une stratification favorable au fonctionnement d'un moteur chaud. L'introduction d'air pendant la phase d'admission peut également être accompagnée ou précédée d'une introduction d'air dans le conduit d'échappement vers un turbocompresseur monté à cheval sur le conduit d'échappement et le conduit d'admission. La montée en vitesse du turbo-compresseur est ainsi améliorée. Selon une autre application particulière du pro-cédé selon l'invention, le gaz sous pression est du gaz d'échappement introduit pendant une phase d'admission ou au début d'une phase de compression. Selon encore une autre application particulière du procédé selon l'invention pour un moteur comportant plusieurs cylindres, le procédé comporte l'étape de faire fonctionner au moins un cylindre en compresseur tandis qu'au moins un autre cylindre fonctionne en moteur. Ceci permet de reconstituer le stock d'air comprimé dans les situations où le moteur fonctionne à faible charge. Selon un autre aspect de l'invention, on prévoit un moteur thermique comportant au moins un cylindre équipé d'une soupape d'admission reliée à un conduit d'admis- 35. sion et d'une soupape d'échappement reliée à un conduit d'échappement, les soupapes étant chacune associée à un organe de commande, au moins une soupape additionnelle étant associée à un organe de commande indépendant et reliée à un réservoir de gaz sous pression par un conduit de liaison, le moteur comportant des moyens pour commander la ou les soupapes additionnelles pour introduire un gaz sous pression pendant une phase de fonctionnement en moteur thermique. De préférence, le moteur comporte un conduit de recyclage qui relie la soupape additionnelle au conduit d'échappement et qui est pourvu d'une vanne d'isolement d'échappement. Selon une version avantageuse de l'invention, le conduit de recyclage est relié au conduit de liaison, la vanne d'isolement d'échappement est montée entre le conduit d'échappement et un point de jonction du conduit de recyclage avec le conduit de liaison, et une vanne d'isolement du réservoir est montée entre le réservoir et le point de liaison du conduit de recyclage avec le conduit de liaison. Ainsi, le conduit de recyclage constitue un tronçon commun permettant une liaison du moteur avec le col-lecteur d'échappement ou avec le réservoir d'air comprimé. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le conduit de liaison comporte un échangeur de chaleur. 1l est ainsi possible d'utiliser des gaz d'échappement refroidis pour effectuer une stratification de gaz dans les cylindres. Selon encore un autre aspect avantageux de l'invention, un clapet anti-retour est monté pour permettre un écoulement du gaz vers le réservoir et un régulateur de pression est monté en parallèle au clapet anti-retour pour permettre un écoulement de gaz du réservoir vers la 35. soupape indépendante. On utilise ainsi le conduit de liaison non seulement pour remplir le réservoir mais également pour l'utilisation de l'air stocké dans le réservoir. L'encombrement global du moteur est donc réduit. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention et d'une variante de réalisation, en relation avec les figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique selon l'invention, -la figure 2 est une représentation schématique d'une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le moteur thermique 1 illustré comporte de façon connue en soi quatre cylindres 2 chacun équipé de deux soupapes d'admission 3 reliées à un conduit d'admission 4 et associées à un organe de corn- 20 mande 5. Egalement de façon connue en soi, chaque cylindre est équipé d'une soupape d'échappement 6 reliée à un conduit d'échappement 7 et associée à un organe de commande 8. Dans le mode de réalisation illustré, chaque soupape 3, 6 est commandée par un organe de commande in- 25 dépendant individuel tel qu'un actionneur électromagnétique, mais l'invention concerne également les moteurs thermiques équipés de façon classique d'un arbre à came ou de tout autre organe d'actionnement pour commander les soupapes d'admission et d'échappement. 30 Chaque cylindre 2 est en outre équipé d'une sou- pape additionnelle 9 reliée à un réservoir 10 par un conduit de liaison généralement désigné en 11. Chaque soupape additionnelle 9 est associée à un organe de com- mande indépendant 32 qui peut être un actionneur électro-35. magnétique hydraulique ou pneumatique et est relié à une 10 unité de traitement 34. Le conduit de liaison 11 comporte successivement à partir du moteur 1 un collecteur 12, une branche 13 reliée au collecteur 12 sur laquelle est montée un échangeur de chaleur 14 comprenant un serpentin 33 relié au circuit de refroidissement du moteur, une branche 15 reliée à la branche 13, un filtre 16 disposé dans la branche 15 à la jonction avec la branche 13, un clapet anti-retour 17 monté pour permettre un écoulement de gaz vers le réservoir 10, un régulateur de pression 18 monté en parallèle au clapet anti-retour 17 pour permettre un écoulement de gaz à partir du réservoir 10, et une vanne d'isolement de réservoir 19 raccordée au réservoir par un tronçon de conduit 20. Le réservoir 10 est lui-même équipé d'un clapet de sûreté 21. A son embranchement avec la branche 15, la branche 13 du conduit de liaison 11 est reliée à une première extrémité d'un conduit de recyclage 22 dont une extrémité opposée est reliée au collecteur d'échappement 23. Une vanne d'isolement d'échappement 24 est montée sur le pre- mier conduit de recyclage 22. La branche 13 est donc commune au conduit de liaison 11 et au conduit de recyclage 22. Un second conduit de recyclage 25 s'étend entre le collecteur 12 du conduit de liaison 11 et le collecteur d'échappement 23. Le second conduit de recyclage 25 est équipé d'une vanne d'isolement 26. Par ailleurs, de façon connue en soi, un turbocompresseur 27 est monté à cheval sur le conduit d'admission 4 et le conduit d'échappement 7. Les différentes vannes d'isolement sont normalement maintenues fermées. Pour le remplissage du réservoir, la vanne d'isolement 19 est ouverte et chaque sou-pape additionnelle 9 est ouverte pendant la phase de compression correspondante du cylindre concerné lors d'une décélération du véhicule. L'air comprimé par le cylindre 35. passe ainsi dans la branche 13 où il est refroidi par l'échangeur 14 puis par le clapet anti-retour 17 et alimente donc le réservoir 10 jusqu'à ce que la pression dans le réservoir 10 soit égale à la pression en fin de compression. On notera à ce propos que la majeure partie de l'air contenu dans le cylindre est chassé pendant la phase de compression vers le réservoir 10 de sorte que dans la phase qui suit immédiatement la compression, le piston exerce un travail pour provoquer une détente des gaz restés dans le cylindre. Le couple global du cycle du moteur est alors négatif et agit comme un frein moteur important. Pendant cette phase, le couple de freinage peut être ajusté en modifiant la levée de la soupape additionnelle ainsi que l'instant d'ouverture et/ou le temps pendant lequel la soupape est ouverte. Dans le cas d'un moteur associé à une transmission variable réversible, on peut également adapter le régime de rotation du moteur pour assurer une récupération d'énergie dans les meilleures conditions. On peut également cesser le remplissage du réservoir à une pression inférieure en fermant la vanne d'isolement 19 lorsque la pression dans le réservoir 10 atteint un seuil prédéterminé. Dans les instants où le moteur fonctionne à faible charge on peut faire fonctionner deux cylindres en fonction de moteur tandis que les deux autres cylindres fonctionnent en compresseur pour remplir le réservoir 10. Par ailleurs, de façon non exhaustive, les différentes utilisations de l'architecture du moteur selon l'invention sont les suivantes : Lors d'un démarrage à froid, la vanne d'isolement 19 est ouverte et le détendeur de pression 18 est action- né pour permettre un écoulement de l'air depuis le réser- voir 10 vers les soupapes additionnelles 9. Lorsqu'un cy-35. lindre est en phase d'admission, juste après la fermeture 7 des soupapes d'admission 3 ou au début de la phase de compression, la soupape additionnelle 9 correspondante est ouverte un bref instant pour admettre un volume d'air supplémentaire. La masse d'air comprimée dans le cylindre est donc augmentée de sorte que les gaz comprimés dans le cylindre atteignent une température élevée en fin de compression. Après un démarrage du moteur et lorsque le moteur est encore froid, la vanne d'isolement d'échappement 26 est ouverte de sorte que des gaz d'échappement peuvent s'écouler dans le conduit de recyclage 25 non refroidi. Lors de la phase d'admission d'un cylindre, la soupape additionnelle 9 est ouverte de sorte que des gaz chauds sont admis dans les cylindres, ce qui facilite la montée en température du moteur et la réduction des émissions polluantes. Lorsque le moteur est chaud, la vanne d'isolement 26 est fermée tandis que la vanne d'isolement 22 est ou-verte. En ouvrant une soupape additionnelle 9 pendant la phase d'admission, on admet ainsi des gaz d'échappement qui ont été refroidis par l'échangeur de chaleur 14. En fin d'admission, les soupapes d'admission étant fermées on peut également admettre de l'air frais en provenance du réservoir 10, ce qui permet d'obtenir une stratifica- tion des gaz contenus dans le cylindre 2 correspondant. Dans ce cas l'échangeur de chaleur 14 sert à réchauffer l'air détendu venant du réservoir 10. On bénéficie ainsi tout à la fois de la réduction des, émissions polluantes et d'une bonne combustion des gaz. A ce propos, on notera que l'architecture du mo- teur selon l'invention permet de supprimer le circuit ha- bituel de recyclage de gaz d'échappement, ce qui réduit le coût global de réalisation du moteur. Dans le cas d'une forte accélération, les soupa- pes additionnelles 9 permettent d'admettre un supplément d'air dans les cylindres, les vannes d'isolement d'échappement étant fermées, de sorte qu'il est possible de travailler à une richesse 1 favorisant une accélération rapide tout en limitant les émissions polluantes. En outre, la suralimentation peut encore être augmentée en ouvrant la vanne d'isolement 24 de sorte que de l'air sous pression en provenance du réservoir 10 est envoyé dans le conduit d'échappement 7, ce qui raccourcit la montée en vitesse du turbocompresseur 27 et permet une suralimenta- tion plus rapide dans le conduit d'admission, augmentant ainsi le rendement du cycle thermodynamique. D'une façon générale, lorsque de l'air sous pression est introduit dans un cylindre en provenance du réservoir 10 pendant une phase d'admission, cette introduc- tion d'air en provenance du réservoir se substitue de façon partielle ou totale à l'air introduit par le conduit d'admission 4, que celui-ci soit ou non équipé d'un turbocompresseur. La pression de l'air en provenance du réservoir est supérieure à celle du conduit d'admission même lorsque le moteur est équipé d'un turbocompresseur. La quantité d'air totale introduite dans le cylindre est donc fonction de temps d'ouverture respectifs des soupapes 3 et 9. De préférence, afin de ménager la réserve d'air dans le réservoir, de l'air en provenance du réservoir est utilisé seulement en remplacement partiel de l'air en provenance du conduit d'admission. L'air en provenance du réservoir peut être introduit dans le cylindre avant ou après l'air en provenance du conduit d'admission en corn- mandant de façon appropriée l'ouverture des soupapes 3 et 9. De préférence, l'air en provenance du conduit d'admission est introduit dans le cylindre avant l'air en provenance du réservoir. De préférence, dans ce cas le débit d'air dans le 35. conduit d'admission 4 est évalué par une mesure ou par un calcul et la quantité d'air sous pression introduite est fonction du débit évalué. En régime stable à forte charge, les vannes d'isolement d'échappement 24 et 26 sont ouvertes et les soupapes additionnelles 9 sont commandées de façon synchronisée avec les soupapes d'échappement 6, de sorte que le cylindre se vide plus rapidement lors de la phase d'échappement. En fin d'échappement et alors que les soupapes d'échappement 6 sont encore ouvertes, on peut également fermer les vannes d'isolement 24 et 26 et alimenter le conduit de liaison 11 avec de l'air sous pression de sorte que cet air est injecté dans le cylindre correspondant et facilite l'évacuation des gaz brûlés encore pré- sents dans la chambre de combustion. Cela permet en outre d'assurer un refroidissement du cylindre de sorte que les phénomènes de cliquetis et l'émission de NOx sont ré-duits. En référence à la figure 2, les éléments identi- quel à ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques que sur la figure 1. Dans cette variante le second conduit de recyclage 25 a été supprimé et le conduit de recyclage 22 est relié à une branche 28 non refroidie du conduit de liaison 11. Parallèlement le mo- teur est équipé d'un conduit de recyclage 29 relié de façon connue en soi entre le conduit d'échappement 7 et le conduit d'admission 4. Le conduit de recyclage 29 est équipé d'un échangeur de chaleur 30 et d'une vanne de recyclage 31 de sorte que ce circuit de recyclage se dis- tingue du circuit de recyclage habituel par la suppression de la ligne de by-pass. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven-35. tion tel que défini par les revendications. 10 En particulier, le conduit de liaison 11 peut être réalisé sans clapet anti-retour, la pression dans le réservoir 10 étant alors gérée par la détermination des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes addi- tionnelles 9. Le régulateur de pression 18 peut également supprimé, la pression d'admission de l'air comprimé par les soupapes additionnelles 9 étant alors assurée par une perte de charge résultant de la levée des soupapes additionnelles 9. Dans le cas où le réservoir 10 est alimenté par un compresseur extérieur, le gaz sous pression peut être un gaz autre que l'air ou un mélange de gaz adapté aux applications envisagées. Bien que l'invention ait été illustrée en relation avec un moteur comportant quatre cylindres, chacun équipé d'une soupape additionnelle, l'invention peut être réalisée en mettant plusieurs soupapes additionnelles par cylindre ou au contraire en n'équipant pas tous les cy-lindres d'une soupape additionnelle. Dans ce cas il restera possible d'alimenter le réservoir 10 mais les utilisations de l'air stocké dans le réservoir seront réduites. Dans le cas d'un moteur équipé de soupapes d'admission et/ou d'échappement à commande indépendante on peut également utiliser l'une de ces soupapes pour l'introduction de gaz sous pression dans les cylindres, le collecteur d'admission et/ou d'échappement étant alors équipée d'une vanne d'isolement placée de façon appropriée pour diriger le gaz sous pression vers la soupape souhaitée. Bien entendu, on peut également équiper le réservoir d'un raccord permettant de remplir celui-ci au moyen d'un compresseur extérieur ou d'utiliser l'air comprimé à d'autres fins que celles exposées ci-dessus, par exemple pour regonfler un pneu, produire de l'électricité ou en- core alimenter des actionneurs pneumatiques. Bien que la variante de réalisation de l'invention ait été illustrée avec une branche 28 non refroidie et un second circuit de recyclage 29 refroidi, l'invention peut être réalisée en conservant la branche 13 et l'échangeur de chaleur 14 illustré par la figure 1 et en remplaçant le second conduit de recyclage 25 par un conduit de recyclage analogue au conduit de recyclage 29 mais sans échangeur de chaleur 30. REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion de performances d'un moteur thermique comportant au moins un cylindre (2) équipé d'une soupape d'admission (3) reliée à un conduit d'admission (4), et d'une soupape d'échappement (6) reliée à un conduit d'échappement (7), caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'introduire du gaz sous pression directement dans ledit au moins un cylindre (2) pendant une phase de fonctionnement en moteur thermique en utilisant une soupape (3, 4, 9) à commande indépendante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en que le gaz sous pression est de l'air provenant d'un réservoir (10) introduit pendant au moins une partie d'une phase d'admission ou au début d'une phase de compression. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que de l'air en provenance du conduit d'admission (4) est introduit dans ledit au moins un cylindre avant ledit air en provenance d'un réservoir. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'évaluer un débit d'air dans le conduit d'admission (4) et d'introduire une quantité dudit air en provenance d'un réservoir en fonction du débit évalué. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'introduction d'air est précédée d'une introduction de gaz d'échappement. 6. procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que de l'air sous pression est introduit dans le conduit d'échappement vers un turbocompresseur (27) monté à cheval sur le conduit d'échappement (7) et le conduit d'admission (4). 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz sous pression est de l'air introduit pendant une phase d'échappement. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz sous pression est du gaz d'échappement introduit pendant une phase d'admission. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz sous pression est introduit à partir d'un réservoir (10). 10. Procédé selon la revendication 1, pour un moteur comportant plusieurs cylindres (2) caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de faire fonctionner au moins un cylindre en compresseur tandis qu'au moins un autre cylindre fonctionne en moteur. 11. Moteur thermique comportant au moins un cylindre (2) équipé d'une soupape d'admission (3) reliée à un conduit d'admission (4) et d'une soupape d'échappement (6) reliée à un conduit d'échappement (7), les soupapes étant chacune associée à un organe de commande (5, 8), au moins une soupape additionnelle (9) étant associée à un organe de commande (32) indépendant et reliée à un réservoir (10) de gaz sous pression par un conduit de liaison (11), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour commander ladite au moins une soupape additionnelle pour introduire du gaz sous pression pendant une phase de fonctionnement en moteur thermique. 12. Moteur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de recyclage (22, 28) reliant ladite au moins une soupape addition- nelle (9) au conduit d'échappement (7), le conduit de recyclage (22, 28) étant pourvu d'une vanne d'isolement d'échappement (24). 13. Moteur thermique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le conduit de recyclage (22, 28) est relié au conduit de liaison (11), la vanne d'isole- 14 ment d'échappement (24) est montée entre le conduit d'échappement (7) et un point de jonction du conduit de recyclage (22, 28) avec le conduit de liaison (11), et une vanne d'isolement (19) du réservoir 10 est montée en- tre le réservoir et le point de fonction du conduit de recyclage avec le conduit de liaison. 14. Moteur thermique selon la revendication 13, caractérisé en ce que le conduit de liaison (11) comporte un échangeur de chaleur (14). 15. Moteur thermique selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (14) est monté sur une branche (13) commune au conduit de liaison (11) et au conduit de recyclage (22). 16. Moteur thermique selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte un second conduit de recyclage (25) non refroidi reliant ladite au moins une soupape indépendante (9) au conduit d'échappement (7) par l'intermédiaire d'une vanne d'isolement (26). 17. Moteur thermique selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un second conduit de recyclage (29) s'étendant entre le conduit d'échappement (7) et le conduit d'admission (4) et comportant une vanne de régulation de recyclage (31). 18. Moteur thermique selon la revendication 17, caractérisé en ce que le second conduit de recyclage (29) est équipé d'un échangeur de chaleur (30). 19. Moteur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le conduit de liaison (,11) comporte un clapet anti-retour (17) monté pour permettre un écou- lement de gaz vers le réservoir. 20. Moteur thermique selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'une vanne d'isolement de réservoir (19) est montée en série avec le clapet anti-retour (17). 21. Moteur thermique selon la revendication 19, . caractérisé en ce qu'un régulateur de pression (18) est 15 monté en parallèle au clapet anti-retour (17) pour per-mettre un écoulement de gaz à partir du réservoir (10). 22. Moteur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur (14) est monté sur une branche (13) du conduit de liaison (11).