Brevet FR2924170A1 — publié le 20090529

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale un moteur à combustion interne suralimenté. Elle trouve une application avantageuse dans les moteurs Diesel suralimentés. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs à combustion interne suralimentés comportent en général une conduite d'admission sur le trajet de laquelle est placé un compresseur. Dans ce compresseur, l'air est mis en mouvement par des rangées d'ailettes tournant autour d'un axe. Pour un rapport de compression donné du compresseur, si le débit d'air entrant dans le compresseur diminue en dessous d'un débit limite appelé limite de pompage, un phénomène de décrochage aérodynamique peut alors avoir lieu : l'interaction entre l'air et les ailettes du compresseur ne permet plus de pousser l'air vers la partie de la conduite d'admission située en aval du compresseur, où la pression de l'air est supérieure à la pression de l'air dans la conduite d'admission située en amont du compresseur. Le flux d'air au sein du compresseur s'arrête et l'air est alors transitoirement refoulé dans la conduite d'admission depuis la zone à haute pression en aval du compresseur, vers la zone à basse pression en amont du compresseur, c'est-à-dire dans le sens inverse de l'écoulement d'air lorsque le compresseur fonctionne normalement. Lorsque les pressions en amont et en aval du compresseur sont équilibrées, le compresseur reprend un fonctionnement normal et la pression en aval du compresseur, appelée pression de suralimentation, augmente à nouveau par rapport à la pression en amont du compresseur. Le cycle de refoulement d'air transitoire et de fonctionnement normal se répète ensuite à une fréquence donnée. Ce phénomène est appelé le pompage du compresseur. Il est favorisé par l'inhomogénéité du champ des vitesses de l'écoulement d'air à l'entrée du compresseur. En effet, pour un débit donné, si le champ des vitesses de l'écoulement est inhomogène, il y aura des zones de l'écoulement présentant une vitesse faible pour lesquelles l'interaction entre l'air et les ailettes du compresseur ne se fera pas correctement, ce qui peut déclencher le pompage du compresseur. Le pompage du compresseur engendre l'instabilité du fonctionnement du moteur. De plus, le refoulement transitoire de l'air dans le compresseur est 2 extrêmement néfaste pour le compresseur et pour le moteur en général, et ce phénomène doit être évité. OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose un moteur à combustion interne suralimenté protégé contre le pompage du compresseur. Plus particulièrement, selon l'invention, le moteur à combustion interne suralimenté comprend un compresseur placé sur le trajet d'une conduite d'admission dont une partie située en amont de l'entrée du compresseur est séparée intérieurement en au moins deux canaux parallèles, et une conduite de recirculation piquée sur la conduite d'admission de part et d'autre du compresseur, cette conduite de recirculation présentant une sortie qui débouche dans un des canaux de ladite partie de la conduite d'admission. La conduite de recirculation d'air ramène une partie de l'air sortant du compresseur à l'entrée de celui-ci, ce qui augmente artificiellement le débit de l'air dans le compresseur pour un rapport de compression donné. La limite de pompage est donc plus basse pour un rapport de compression donné. De plus, le fait que la conduite d'admission soit, en amont de l'entrée du compresseur, séparée en plusieurs canaux, permet de limiter les décollements et autres instabilités aérodynamiques dans la conduite d'admission en amont du compresseur qui peuvent créer des zones de faibles vitesses dans l'écoulement. Au surplus, le flux d'air sortant de la conduite de recirculation, appelé air recirculé, débouche dans l'un de ces canaux, ce qui augmente la vitesse et améliore la stabilité de l'écoulement dans le canal en question. Ceci a pour effet de prévenir le pompage du compresseur. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, ladite sortie de la conduite de recirculation débouche dans un des canaux de ladite partie de la conduite d'admission, à un endroit où la géométrie de la conduite d'admission provoque une réduction de la vitesse de l'écoulement d'air. Certaines configurations géométriques de la conduite d'admission réduisent la vitesse de l'air pour un débit donné, et augmentent donc la limite de pompage. Le piquage de la conduite de circulation à un endroit où la vitesse de l'écoulement d'air est réduite par la géométrie de la conduite d'admission permet d'accroître localement la vitesse de l'air et de compenser l'effet de la géométrie de la conduite sur la vitesse de l'air afin d'éviter le déclenchement du pompage du compresseur. Avantageusement, l'agencement selon l'invention permet de supprimer le convergent en entrée du compresseur et de réduire ainsi l'encombrement du 3 moteur. Le convergent est une pièce dont la section décroît fortement entre la section de la conduite d'admission et la section de l'entrée dans le compresseur, ce qui permet d'augmenter la vitesse de l'air entrant dans le compresseur pour un même débit dans la conduite d'admission. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ledit endroit de la conduite d'admission correspond au côté de plus petit rayon de courbure d'un coude de la conduite d'admission. La présence d'un coude en entrée du compresseur, comme c'est le cas avec une architecture de turbo suspendu, a pour effet de favoriser un décollement de l'air le long de la face interne dudit coude, c'est-à-dire du côté de plus petit rayon de courbure. Le décollement de l'air entraîne des perturbations dans l'écoulement et une inhomogénéité du champ des vitesses. Le fait de placer la sortie de la conduite de recirculation au niveau de la face interne du coude permet d'éliminer les décollements d'air et d'accroître localement la vitesse de l'air ce qui compense l'effet de la géométrie de la conduite sur la vitesse de l'air. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu une vanne à débit variable qui régule le débit d'air dans la conduite de recirculation. Avantageusement alors, la vanne à débit variable est associée à un débitmètre à air placé en amont de la sortie de ladite conduite de recirculation sur la conduite d'admission. La vanne à débit variable peut alors être ajustée en temps réel pour maintenir un débit optimal dans le compresseur. Cette protection contre le pompage du compresseur a l'avantage d'être souple et facilement adaptable à l'environnement du moteur (température et altitude, par exemple). Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ladite conduite de recirculation présente une entrée qui débouche dans la conduite d'admission en aval du compresseur au niveau d'un répartiteur. Le conduite de recirculation est piquée sur le répartiteur pour un encombrement minimal et une implantation facile. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu un refroidisseur placé sur la conduite de recirculation. La présence de ce refroidisseur d'air entraîne une réduction de la température de l'air recirculé, ce qui assure des conditions thermiques de fonctionnement plus favorables à certains composants placés sur la conduite de recirculation, par exemple les électrovannes. 4 DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne suralimenté selon l'invention. - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une partie de la conduite d'admission du moteur de la figure 1 destinée à être rapportée en entrée du compresseur. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne suralimenté comportant une conduite d'admission 1 dans laquelle circule de l'air frais. Le débit d'air frais est mesuré en entrée de la conduite d'admission 1 par un débitmètre d'air 3 situé en aval d'un filtre à air 2. Le moteur comprend un turbocompresseur 12 comportant un compresseur 4 et une turbine entraînante 5. La turbine entraînante 5 est placée dans une conduite d'échappement 10 et entraîne le compresseur 4 placé dans la conduite d'admission 1 afin de comprimer l'air frais y circulant. La conduite d'admission 1 est rapportée sur le carter du compresseur 4 par une bride deux points 14. En variante, la conduite d'admission 1 peut être rapportée sur le carter du compresseur 4 par exemple par un convergent ou par tout autre moyen connu de l'homme du métier. La compression ayant pour effet de réchauffer l'air, il est prévu sur le trajet de la conduite d'admission 1, un refroidisseur d'air 6 qui refroidit l'air en sortie du compresseur 4. La conduite d'admission 1 est reliée aux cylindres 7 d'un moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un répartiteur 31. Après la combustion, les gaz d'échappement résiduels sont expulsés dans un collecteur 32 de gaz d'échappement et acheminés vers l'extérieur dans la conduite d'échappement 10. Une partie de ces gaz d'échappement est prélevée par un circuit de recirculation 13 des gaz d'échappement qui les ramène en amont du répartiteur 31 dans la conduite d'admission 1, où ils se mélangent à l'air frais de la conduite d'admission 1. Le débit de gaz d'échappement dans le circuit de recirculation 13 est régulé par une vanne 8 dite EGR (Exhaust Gaz Recirculation). Les gaz d'échappement qui ne sont pas dirigés dans le circuit de recirculation 13 circulent dans la conduite d'échappement 10 à travers la turbine entraînante 5 du turbocompresseur 12 avant d'être libérés dans l'atmosphère. A bas régime du moteur, typiquement pour des régimes inférieurs à 1600 tours par minute, le besoin en air du moteur impose de forts niveaux de 5 suralimentation, donc des rapports de compression élevés pour le compresseur 4, pour des débits d'air dans le compresseur 4 relativement modérés. Pour un rapport de compression donné, le débit d'air dans le compresseur 4 risque alors d'être en dessous de la limite de pompage correspondant à ce rapport de compression : le fonctionnement du moteur devient instable en raison du phénomène de pompage. Afin de retrouver un fonctionnement stable du moteur, il est possible de diminuer le rapport de compression du compresseur 4, mais cela diminue la pression de suralimentation et dégrade donc les performances du moteur, ce qui n'est pas souhaitable. Selon l'invention, on propose d'augmenter le débit d'air dans le compresseur 4 et d'optimiser les conditions d'écoulement de l'air dans la conduite d'admission 1 à l'entrée du compresseur 4. Ceci permet d'augmenter le couple moteur à bas régime, et donc d'augmenter les performances du moteur. Pour cela, dans le moteur conforme à l'invention, il est prévu une conduite de recirculation 9 piquée sur la conduite d'admission 1 de part et d'autre du compresseur 4. Son entrée, selon le sens de l'écoulement de l'air dans cette conduite de recirculation 9, est située sur le répartiteur 31 pour un encombrement minimal et une implantation facile. Alternativement, l'entrée de la conduite de recirculation 9 peut être placée à n'importe quel endroit de la conduite d'admission 1, en aval du compresseur 4. La conduite de recirculation 9 débouche, en sortie selon le sens de l'écoulement de l'air dans cette conduite de recirculation 9, dans la conduite d'admission 1 en amont du compresseur 4 et en aval du débitmètre à air 3. Comme le montre plus particulièrement la figure 2, la forme de la conduite d'admission 1 est coudée, comme c'est le cas par exemple dans les moteurs dits � à turbo suspendu �. En variante, la forme de la conduite d'admission 1 peut être quelconque. La conduite d'admission 1 est ici divisée en deux canaux 21, 22 par une paroi interne 20 longitudinale plane. Cette paroi interne 20 divise la conduite 6 d'admission 1 en deux canaux longitudinaux parallèles. La conduite de recirculation 9 débouche dans l'un de ces canaux. Bien entendu, selon une variante non représentée, la conduite d'admission 1 peut être divisée en un nombre quelconque de canaux longitudinaux parallèles. Ici, l'un des deux canaux 22 est délimité par la paroi interne 20 et une partie 16 de la paroi cylindrique 23 de la conduite d'admission 1 de plus petit rayon de courbure. L'autre canal 21 est délimité par la paroi interne 20 et une partie 15 de la paroi cylindrique 23 de la conduite d'admission 1 de plus grand rayon de courbure. La conduite de recirculation d'air 9 débouche en sortie à l'intérieur du coude de la conduite d'admission 1, dans le canal 22 de plus petit rayon de courbure. Alternativement, la conduite de recirculation 9 débouche au niveau de toute zone d'un des canaux 21, 22 de la conduite d'admission 1 où un décollement de l'air est avéré. Une vanne de recirculation 11 à débit variable permet d'ajuster le débit d'air à travers cette conduite de recirculation 9. Elle est commandée par une unité centrale de contrôle informatique 30 en fonction des informations données en temps réel par le débitmètre à air 3. Ce débitmètre à air 3 indique la valeur du débit d'air aspiré par le moteur. En variante, la vanne de recirculation 11 peut être une vanne à débit fixe. En variante encore, on peut prévoir un refroidisseur sur la conduite de recirculation. Une unité centrale de contrôle informatique 30 relève le débit mesuré par le débitmètre à air 3 en entrée de la conduite d'admission 1. En fonction de la valeur de ce débit et du rapport de compression du compresseur 4, l'unité centrale informatique commande l'ouverture de la vanne de recirculation 11 à débit variable. Pour un rapport de compression donné, plus le débit d'air en entrée de la conduite d'admission 1 est faible, et plus la vanne de recirculation 11 est ouverte, afin d'augmenter le débit d'air recirculé, ce qui augmente le débit d'air total dans la concuite d'admission 1. L'ouverture de la vanne est par exemple inversement proportionnelle au débit d'air en entrée de la conduite d'admission 1. Cependant, l'augmentation du débit d'air dans la conduite d'admission 1 ne permet pas seule d'empêcher le pompage du compresseur 4 si l'écoulement 7 est perturbé en amont du compresseur 4 : les inhomogénéités de l'écoulement peuvent déclencher le pompage du compresseur 4. La division de la conduite d'admission 1 en deux canaux 21, 22 permet de limiter les décollements de l'air et les autres instabilités aérodynamiques qui se produisent généralement du côté de la conduite d'admission de plus petit rayon de courbure. L'apport d'air provenant de la conduite de recirculation 9 débouchant dans le canal 22 de plus petit rayon de courbure augmente le débit d'air dans ce canal 22 et en entrée du compresseur 4 ce qui empêche également les décollements d'air au niveau du coude de la conduite d'admission 1. L'écoulement d'air dans chaque canal 21, 22 de la conduite d'admission est donc stable et homogène. De plus, la vitesse atteinte par l'air recirculé dans ce canal 22 est plus grande que la vitesse qui serait atteinte dans la conduite d'admission 1 car la section du canal 22, similaire à la section d'une conduite de diamètre égal à 20 mm, est plus petite que la section de la conduite d'admission 1, typiquement équivalente à la section d'une conduite de diamètre égal à 60 mm. Ceci permet donc d'augmenter localement la vitesse de l'air pour un débit d'air dans la conduite de recirculation 9 constant. L'ajustement en temps réel du débit d'air recirculé et donc du débit d'air en entrée du compresseur 4 et l'optimisation des caractéristiques de l'écoulement d'air en entrée du compresseur 4 permettent de maintenir le compresseur 4 et donc le moteur dans des conditions de fonctionnement stables en éliminant le phénomène de pompage du compresseur 4. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne suralimenté comprenant un compresseur (4) placé sur le trajet d'une conduite d'admission (1) dont une partie située en amont de l'entrée du compresseur (4) est séparée intérieurement en au moins deux canaux (21, 22) parallèles, et une conduite de recirculation (9) piquée sur la conduite d'admission (1) de part et d'autre du compresseur (4), cette conduite de recirculation (9) présentant une sortie qui débouche dans un des canaux (22) de ladite partie de la conduite d'admission (1). 2. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel ladite sortie de la conduite de recirculation (9) débouche dans un des canaux (22) de ladite partie de la conduite d'admission (1), à un endroit où la géométrie de la conduite d'admission (1) provoque une réduction de la vitesse de l'écoulement d'air. 3. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel ledit endroit de la conduite d'admission (1) correspond au côté(16) de plus petit rayon de courbure d'un coude de la conduite d'admission (1). 4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu une vanne (11) à débit variable qui régule le débit d'air dans la conduite de recirculation (9). 5. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel la vanne (11) à débit variable est associée à un débitmètre à air (3) placé en amont de ladite sortie de la conduite de recirculation (9) sur la conduite d'admission (1). 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite conduite de recirculation (9) présente une entrée qui débouche dans la conduite d'admission (1) en aval du compresseur (4) au niveau d'un répartiteur. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un refroidisseur placé sur la conduite de recirculation (9).