Brevet FR2922946A1 — publié le 20090501

Système et procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne à suralimentation La présente invention concerne un système d'alimentation d'un moteur à combustion interne à suralimentation de véhicule automobile. Un équipement de suralimentation permet d'augmenter la quantité d'air admis dans un moteur en comprimant l'air à l'admission. Un tel équipement comprend classiquement un compresseur, disposé dans une conduite d'admission, couplé à une turbine disposée dans une conduite d'échappement et entraînée en rotation par les gaz d'échappement expulsés en aval du moteur. On définit les termes aval et amont en fonction du sens des écoulements, les gaz se déplaçant de l'amont vers l'aval dans une conduite. L'asservissement de la vitesse de la turbine permet de contrôler la suralimentation dans le moteur et de ne pas mettre en survitesse son turbocompresseur. Il est connu de détourner une partie des gaz d'échappement dans une conduite de décharge, sans passer par la turbine afin de diminuer sa vitesse et par conséquence la suralimentation en air du moteur, au moyen d'une vanne de décharge, connue par l'homme du métier sous sa dénomination anglaise � waste-gate �. Afin de diminuer les émissions de polluants, il est connu de faire recirculer les gaz d'échappement dans une conduite de recirculation, en redirigeant une fraction des gaz d'échappement à la sortie du moteur dans la conduite d'admission en amont du moteur. Il s'agit du circuit de recirculation des gaz d'échappement EGR (Exhaust Gas Recirculation) qui comporte une vanne EGR pour rediriger les gaz. Cette recirculation a pour effet de ralentir la combustion du mélange et d'absorber une partie des calories, ce qui diminue la température de combustion et l'émission de dioxyde d'azote. Afin de diminuer d'autant plus la température de combustion lors du fonctionnement du moteur à forte charge, c'est-à-dire à fort régime moteur, les gaz d'échappement sont généralement refroidis au moyen d'un échangeur de chaleur EGR. L'utilisation conjointe de la suralimentation en air et de la recirculation des gaz fournit de nombreux avantages aussi bien au niveau des performances que du respect des normes écologiques. Cependant, une telle architecture est excessivement complexe, lourde et volumineuse. Il est en effet nécessaire de prévoir des emplacements spécifiques pour l'échangeur de chaleur EGR, pour la vanne de décharge ou pour la vanne EGR. C'est pourquoi, la demanderesse a cherché à développer un nouveau type de système d'alimentation permettant de pallier au moins certains de ces inconvénients. Ainsi l'invention concerne un système d'alimentation d'un moteur à combustion interne à suralimentation comprenant : - une conduite d'alimentation située en amont du 30 moteur ; - une conduite d'échappement en aval du moteur dans laquelle est disposée une turbine couplée à un compresseur disposé dans la conduite d'alimentation ; - une conduite de recirculation EGR reliant la 35 conduite d'échappement, en amont de la turbine, à la conduite d'alimentation , en aval du compresseur; et - une vanne de contrôle agencée pour faire recirculer une fraction des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation pour diminuer la vitesse de rotation de la turbine. Un tel système permet avantageusement de dévier une fraction des gaz d'échappement pour diminuer la vitesse de rotation de la turbine sans nécessité de conduite de décharge spécifique. 10 De préférence, un échangeur de chaleur est disposé entre le moteur et le compresseur, avec un papillon d'admission en amont de l'échangeur et de la conduite EGR. L'échangeur d'air permet de refroidir les gaz d'échappement recirculés ainsi que l'air frais aspiré par le compresseur, sans nécessité de refroidisseur dédié aux gaz d'échappement. 20 Un tel système est d'encombrement faible et de masse réduite et fournit de hautes performances tout en limitant les émissions de dioxyde de carbone. 25 L'invention concerne également, un procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne à suralimentation associé à un système d'alimentation d'un moteur à combustion interne comprenant : - une conduite d'alimentation située en amont du 30 moteur ; - une conduite d'échappement située en aval du moteur dans laquelle est disposée une turbine couplée à un compresseur de turbocompresseur disposé dans la conduite d'alimentation ; 35 - une conduite de recirculation EGR (20) reliant la conduite d'écappement, en amont de la turbine, à la 15 conduite d'alimentation (10), en aval du compresseur; et - une conduite de décharge des gaz d'échappement pour empêcher la survitesse de la turbine ; procédé caractérisé par le fait que, pour empêcher la survitesse de la turbine et pour recycler les gaz d'échappement, on fait recirculer ces gaz dans un même circuit de recirculation. Avantageusement, on refroidit les gaz d'échappement et l'air frais provenant du compresseur dans un même échangeur de chaleur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du système et procédé de recirculation de l'invention en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une première forme de 20 réalisation de l'invention avec la vanne de contrôle placée dans la conduite de recirculation ; - la figure 2 représente une deuxième forme de réalisation de l'invention avec un échangeur de chaleur placé dans la conduite d'alimentation et 25 - la figure 3 représente une troisième forme de réalisation de l'invention avec une vanne de déviation placée dans la conduite de recirculation. En référence à la figure 1, selon une première forme 30 de réalisation, le système d'alimentation d'un moteur à combustion interne 1 comprend une conduite amont d'alimentation 10, une conduite aval d'échappement 30 et une conduite de recirculation EGR ou de recyclage 20 dans laquelle est disposée une vanne de contrôle 21 35 agencée pour dériver une fraction des gaz d'échappement du moteur 1 de la conduite d'échappement 30 vers la conduite d'alimentation 10. La conduite d'alimentation 10 comporte une entrée d'air frais ainsi qu'un compresseur 11 de turbocompresseur couplé à une turbine 31 située dans la conduite d'échappement 30 et entraînée en rotation par les gaz d'échappement, le compresseur 11 permettant d'augmenter la quantité d'air à l'admission et donc de suralimenter le moteur. La conduite d'alimentation 10 comporte en outre un papillon d'admission 12 permettant de faire varier sa section de passage. Le moteur 1 est suralimenté en air et expulse des gaz d'échappement dans la conduite d'échappement 30. 15 Lorsque la suralimentation en air du moteur 1 est jugée trop importante, par exemple lorsque la vitesse de rotation de la turbine 31 excède une valeur seuil, on active la vanne de contrôle 21 pour dévier une 20 fraction des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation 20 et diminuer ainsi la quantité de gaz arrivant à la turbine 31, les gaz étant réinjectés en aval du compresseur 11 dans la conduite d'alimentation 10. La vanne 21 agit alors en vanne de décharge 25 (waste-gate). La turbine 31 reçoit ainsi une quantité plus faible de gaz ce qui diminue sa vitesse de rotation. La vitesse de rotation du compresseur 11 diminue, entraînant une 30 baisse de l'aspiration en air frais et de la suralimentation du moteur. Ce mode de fonctionnement est appelé � mode de décharge �, car il permet de décharger la conduite d'échappement 30 et de diminuer la suralimentation en air. 35 Le moteur peut également fonctionner en � mode de recirculation � pour limiter les émissions de dioxyde d'azote. La vanne de contrôle 21 est activée pour dévier une fraction des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation 20, ladite fraction étant injectée dans la conduite d'alimentation 10. Cette recirculation a pour effet de ralentir la combustion du mélange et d'absorber une partie des calories, ce qui diminue la température de combustion ainsi que l'émission de gaz nocifs. La vanne 21 agit alors en vanne de recirculation ou vanne EGR. Ainsi, l'utilisation d'une unique vanne de contrôle 21 pour dévier les gaz d'échappement dans les deux modes de fonctionnement permet de limiter la complexité, l'encombrement et le poids du dispositif d'alimentation. Dans la deuxième forme de réalisation, en référence à la figure 2, le système d'alimentation comporte en outre un échangeur de chaleur 13 disposé dans la conduite d'alimentation 10 entre le papillon d'admission 12 et le moteur 1. L'échangeur de chaleur 13 permet de refroidir l'air provenant du compresseur 11 ainsi que les gaz d'échappement recirculés. Lorsque le dispositif fonctionne en mode de recirculation et que le moteur 1 fonctionne à forte charge, c'est-à-dire à un fort régime moteur, les gaz d'échappement ont une température élevée et il est nécessaire de les refroidir afin de baisser la température de combustion dans le moteur 1. La conduite de recirculation 20 est connectée en amont de l'échangeur de chaleur 13 pour refroidir les gaz recirculés avant la combustion dans le moteur 1. Ainsi, l'échangeur de chaleur 13 permet de refroidir l'air extérieur ainsi que les gaz d'échappement en mode de recirculation. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'avoir un échangeur spécifique pour chaque régime moteur ou fonction, un tel regroupement permettant de réduire la masse globale du dispositif ainsi que son encombrement. Étant donné que la vanne de contrôle 21 est utilisée en mode de recirculation et en mode de décharge, aussi bien à forte charge qu'à faible charge, la vanne de contrôle 21 se retrouve la plupart du temps dans un environnement chaud, évitant ainsi son encrassement. Dans la troisième forme de réalisation, en référence à la figure 3, lorsque le dispositif est en mode de recirculation et que le moteur 1 fonctionne à faible charge, c'est-à-dire à un faible régime moteur, on ne souhaite pas que les gaz d'échappement de l'échangeur 13 soient excessivement refroidis, les gaz d'échappement ayant, à faible charge, une température moins élevée que lors du fonctionnement du moteur à forte charge. Une vanne de déviation 24 est disposée dans la conduite de recirculation 20 afin de diriger les gaz issus de la conduite de recirculation 20 en amont ou en aval de l'échangeur 13. Lorsque le moteur 1 fonctionne à faible charge, les gaz recirculés sont réinjectés en aval de l'échangeur de chaleur 13, tandis qu'à forte charge, les gaz recirculés sont réinjectés en amont de l'échangeur de chaleur 13 pour être refroidis. En référence à la figure 3, la vanne de contrôle 21 est ici activée par un moteur d'activation 22 de préférence électrique. Le moteur d'activation 22 est contrôlé par un module de commande 23 qui permet de contrôler les degrés d'ouverture de la vanne de contrôle 21, en mode de décharge ou de recirculation. On peut ainsi paramétrer la fraction des gaz d'échappement à dévier dans la conduite de recirculation 20. La vanne de contrôle est ainsi pilotée indépendamment des conditions d'exploitation du moteur. Il va de soi qu'un moteur d'activation et un module de commande peuvent également contrôler les degrés d'ouverture de la vanne de déviation 24. 10 L'invention concerne aussi bien un moteur à injection directe, dans lequel le carburant est directement diffusé dans la chambre de combustion, qu'un moteur à injection indirecte, dans lequel le carburant est diffusé en amont dans une tubulure d'admission.5 Revendications 1. Système d'alimentation d'un moteur à combustion interne à suralimentation (1) comprenant : - une conduite d'alimentation (10) située en amont du moteur (1) ; - une conduite d'échappement (30) située en aval du moteur (1) dans laquelle est disposée une turbine (31) couplée à un compresseur (11) disposé dans la conduite d'alimentation (10) ; - une conduite de recirculation EGR (20) reliant la conduite d'échappement (30) , en amont de la turbine (31), à la conduite d'alimentation (10), en aval du compresseur (11) ; et - une vanne de contrôle (21) agencée pour faire recirculer une fraction des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation (20) pour diminuer la vitesse de rotation de la turbine (31). 2. Système d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel un échangeur de chaleur (13) est disposé entre le moteur (1) et le compresseur (11), un papillon d'admission (12) étant prévu en amont de l'échangeur (13) et de la conduite EGR (20). 3. Système d'alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel une vanne de déviation (24) est disposée dans le circuit de recirculation (20) afin de diriger les gaz d'échappement de la conduite de recirculation (20) en amont ou en aval de l'échangeur de chaleur (13). 4. Système d'alimentation selon la revendication 3, dans lequel la vanne de déviation (24) dirige les gaz d'échappement de la conduite de recirculation (20) en amont, respectivement en aval de l'échangeur dechaleur (13), lors du fonctionnement du moteur (1) à forte charge, respectivement à faible charge. 5. Système d'alimentation selon l'une des 5 revendications 1 à 4, dans lequel la vanne de contrôle (21) est commandée par un moteur d'activation (22). 6. Système d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le moteur est un 10 moteur à injection directe. 7. Système d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le moteur est un moteur à injection indirecte. 15 8. Procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne (1) à suralimentation associé à un système d'alimentation d'un moteur à combustion interne (1) comprenant . 20 - une conduite d'alimentation (10) située en amont du moteur (1) ; - une conduite d'échappement (30) située en aval du moteur (1) dans laquelle est disposée une turbine (31) couplée à un compresseur (11) de 25 turbocompresseur disposé dans la conduite d'alimentation (10) ; et - une conduite de recirculation EGR (20) reliant la conduite d'échappement (30) , en amont de la turbine (31), à la conduite d'alimentation (10), en aval du 30 compresseur (11) ; et - une conduite de décharge (20) des gaz d'échappement pour empêcher la survitesse de la turbine (31) ; procédé caractérisé par le fait que, pour empêcher la 35 survitesse de la turbine (31) et pour recycler les gaz d'échappement, on fait recirculer ces gaz dans un même circuit de recirculation (20). 9. Procédé d'alimentation selon la revendication 8, dans lequel on refroidit les gaz d'échappement et l'air frais provenant du compresseur (11) dans un même échangeur de chaleur (13).