Brevet FR2950392A1 — publié le 20110325

CIRCUIT D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION ET MOTEUR EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT [0001] L'invention porte sur le domaine de la suralimentation des moteurs à combustion, et en particulier sur la suralimentation des moteurs à allumage commandé. [0002] Dans le cadre d'un moteur à allumage commandé suralimenté par un turbocompresseur, on prévoit généralement une branche de recirculation entre la sortie du compresseur et l'entrée de ce dernier. Cette branche, munie d'une vanne appelée « dump valve » permet d'éviter que le compresseur ne rentre en pompage, lors des décélérations à partir de fortes charges. Une situation de pompage du compresseur correspond à une situation dans laquelle, sous un faible débit gazeux, une forte pression en sortie du compresseur à tendance à refouler les gaz par l'entrée de celui-ci, entrainant une forte instabilité dans le flux gazeux et des oscillations de débit à des fréquences de 5 à 20hz, potentiellement destructrices pour le turbocompresseur. Cette situation se produit typiquement lorsqu'on souhaite réduire fortement le couple moteur en décélération : il est alors nécessaire dans un moteur à allumage commandé de réduire fortement le débit d'air à l'admission du moteur. On ferme donc le boîtier papillon en charge de réguler l'admission de l'air dans le moteur, ce qui a pour conséquence de réduire le débit d'air dans le compresseur, alors que celui-ci est encore à forte vitesse, ce qui augmente la pression en sortie de compresseur. [0003] La dump valve positionnée dans la branche reliant la sortie du compresseur à son entrée est fermée lors du fonctionnement normal du moteur, et est ouverte lorsqu'une situation de pompage du turbocompresseur pourrait se produire. Ainsi, la dump valve permet d'éviter le pompage par une certaine recirculation d'air de l'aval vers l'amont vers l'aval du turbocompresseur. [0004] On connait par ailleurs des architectures de suralimentation d'un moteur qui mettent en jeu deux turbocompresseurs positionnés en série. , dans des architectures dites à double suralimentation. [0005] Sur les moteurs équipés d'une double suralimentation, deux dump valves sont nécessaires : une pour chacun des turbos. Un tel dispositif a cependant un coût élevé. Outre le fait qu'il faille deux vannes, chacune d'elle doit disposer d'un mécanisme de commande et d'une électronique dédiés. [0006] Dans l'invention, on résout ce problème par l'adoption d'une architecture de boucle d'air simplifiée, assurant néanmoins la protection des deux turbocompresseurs contre le phénomène de pompage. [0007] Plus précisément, l'invention porte donc sur un circuit d'admission d'un moteur à combustion comportant en série un turbocompresseur basse pression muni d'un compresseur basse pression et un turbocompresseur haute pression muni d'un compresseur haute pression comportant une branche de recirculation entre l'aval du compresseur haute pression et l'amont du compresseur basse pression, ladite branche de recirculation étant munie d'une vanne de recirculation. La vanne de recirculation agit en tant que dump-valve pour l'ensemble de suralimentation du moteur. La protection des turbocompresseurs est ainsi assurée à moindre coût, de façon simple et donc fiable. [0008] De préférence, la vanne de recirculation est du type tout ou rien. Une vanne de ce type permet de remplir la fonction de dump-valve. [0009] De préférence, dans le cadre d'une application équipant un moteur à combustion muni d'une commande d'accélérateur la vanne est dotée de moyens de pilotage aptes à ouvrir la vanne en cas de relâchement brusque de la commande d'accélérateur. L'invention permet ainsi la protection du compresseur contre le phénomène de pompage. Il est possible, pour commander l'ouverture de la dump-valve, de détecter le relâchement de la commande d'accélérateur du moteur par un capteur du type capteur de position, capteur angulaire, ou encore de détecter les conséquences du relâchement de l'accélérateur (évolution du la position du boîtier papillon, évolution de la pression à l'admission, etc.). [0010] De préférence, le circuit comporte en outre une branche d'isolation du compresseur haute pression reliant l'aval du compresseur basse pression à la branche de recirculation en un point de piquage et dotée d'une vanne d'isolation. On peut ainsi réguler la suralimentation étagée du moteur, en isolant le compresseur haute pression, tout en profitant d'une partie du circuit de recirculation pour constituer le circuit d'isolation. Cela permet l'obtention d'une architecture simple et compacte, et offre notamment un gain en termes d'implantation dans un véhicule automobile. [0011] De préférence recirculation est positionnée entre l'amont du compresseur basse pression et le point de piquage. Cela permet le fonctionne du circuit dans toutes les situations de vie sans avoir à corréler le pilotage des vannes. [0012] Dans une variante de l'invention, la vanne de recirculation et la vanne d'isolation sont formées par une unique vanne 3 voies positionnée au niveau du point de piquage de sorte à pouvoir : • Soit obturer la branche de recirculation et obturer la branche d'isolation du compresseur haute pression ; • Soit obturer la branche d'isolation du compresseur haute pression et ouvrir la branche de recirculation ; • Soit obturer la partie de la branche de recirculation entre l'amont du compresseur basse pression et le point de piquage et permettre la communication entre la branche d'isolation du compresseur haute pression et la partie reliant la branche de recirculation et l'aval du compresseur haute pression. Ainsi, grâce à un dispositif simple et compact on assure l'isolation du turbocompresseur haute pression et la protection de l'ensemble de suralimentation du moteur. En outre, un dispositif de pilotage unique suffit à assurer la commande de ces deux fonctions. [0013] L'invention porte également sur un moteur à combustion interne à allumage commandé équipé d'un circuit d'admission selon l'une des variantes développées dans l'invention. Les moteurs à allumage commandé comportant généralement un boitier papillon, un circuit selon l'invention prend tout son sens dans une telle application. [0014] La figure 1 représente schématiquement la boucle d'air (c'est-à-dire l'ensemble des systèmes d'admission d'air, de suralimentation et d'échappement) d'un moteur à double suralimentation selon l'art antérieur, c'est-à-dire équipé de deux dump valves. [0015] La figure 2 représente schématiquement la boucle d'air d'un moteur à double suralimentation muni d'un circuit d'admission selon une première variante de l'invention. [0016] La figure 3 représente schématiquement la boucle d'air d'un moteur à double suralimentation muni d'un circuit d'admission selon une seconde variante de l'invention. [0017] La figure 4 représente schématiquement la boucle d'air d'un moteur à double suralimentation muni d'un circuit d'admission selon une troisième variante de l'invention [0018] Sur la figure 1 est représentée schématiquement la boucle d'air d'un moteur 1, suralimenté par un système de double suralimentation comportant un turbocompresseur basse pression 2 et un turbocompresseur haute pression 3 disposés en série l'un par rapport à l'autre. Le turbocompresseur basse pression 2 comporte un compresseur basse pression 21 et une turbine basse pression 22. Le turbocompresseur haute pression comporte un compresseur haute pression 31 et une turbine haute pression 32. [0019] L'air introduit dans le moteur 1 est dosé par un boîtier papillon 4, positionné à proximité du collecteur d'admission 11 du moteur 1. Le circuit comporte en outre un refroidisseur d'air de suralimentation 5. [0020] Une branche de recirculation basse pression permet de recirculer des gaz de l'aval du compresseur basse pression 21 vers son amont. La branche de reciculation basse pression est doté d'une vanne dite « dump valve » basse pression 61 permettant de fermer la branche où elle est disposée ou de l'ouvrir en cas de risque de pompage du compresseur basse pression 1. [0021] Une branche de recirculation haute pression permet de recirculer des gaz de l'aval du compresseur haute pression 31 vers son amont. La branche de reciculation haute pression est doté d'une vanne dite « dump valve » haute pression 62 permettant de fermer la branche où elle est disposée ou de l'ouvrir en cas de risque de pompage du compresseur basse pression 1. [0022] En outre, la boucle d'air présente une branche d'isolation du compresseur haute pression 31, munie d'une vanne d'isolation 7, permettant à l'air de contourner le compresseur haute pression 31 lors des phases de fonctionnement du moteur à faible charge. [0023] Du coté de l'échappement du moteur, la turbine haute pression 32 est doté d'une branche d'isolation munie d'une vanne adaptée, et la turbine basse pression d'une branche de contournement (« by-pass ») doté d'une vanne de régulation généralement désignée par l'expression anglophone « waste gate ». [0024] Selon la variante de l'invention présentée en figure 2, une branche de recirculation est disposée entre l'aval du compresseur haute pression et l'amont du compresseur basse pression, et est munie d'une vanne de recirculation 8 unique. Chaque compresseur ne dispose donc plus d'une dump valve dédiée comme c'est le cas dans l'art antérieur. [0025] La vanne de recirculation 8 est commandée par des moyens de pilotages aptes à ouvrir la vanne en cas de relâchement brusque de la commande d'accélérateur du moteur à combustion. Ceci évite tout phénomène de pompage au niveau des compresseurs 21 et 31. La protection est d'ailleurs conférée, que la vanne d'isolation du compresseur haute pression 31 soit ouverte ou fermée. Si elle est ouverte, on se trouve dans une configuration où seul le compresseur basse pression assure la suralimentation, et la vanne de recirculation 8 agit comme une dump valve classique. Si la vanne d'isolation du compresseur haute pression 31 est fermée, la vanne de recirculation 8 agit comme une dump valve pour l'ensemble de suralimentation constitué des deux compresseurs. [0026] La figure 3 représente une variante de l'invention, dans laquelle, par rapport à la variante présentée en figure 2, une vanne trois voies 9 remplit à la fois la fonction de dump valve unique pour l'ensemble de suralimentation et de vanne d'isolation du compresseur haute pression 31. [0027] Pour ce faire, on ménage la branche d'isolation du compresseur haute pression entre l'aval du compresseur basse pression et la branche de recirculation. La branche d'isolation du compresseur haute est reliée à la branche de recirculation en un point de piquage au niveau duquel on dispose la vanne 3 voies 9. [0028] La vanne trois voies 9 est telle qu'elle est apte à : • Soit obturer la branche de recirculation et obturer la branche d'isolation du compresseur haute pression 31 : les deux étages du système de suralimentation sont alors actifs et assurent la compression de l'air à l'admission du moteur. • Soit obturer la branche d'isolation du compresseur haute pression 31 et ouvrir la branche de recirculation : dans cette position, la vanne trois voies 9 joue le rôle de dump valve pour l'ensemble de suralimentation constitué du compresseur basse pression 21 et du compresseur haute pression 31. • Soit obturer la partie de la branche de recirculation entre l'amont du compresseur basse pression 21 et le point de piquage et permettre la communication entre la branche d'isolation du compresseur haute pression 31 et la partie reliant la branche de recirculation et l'aval du compresseur haute pression 31 : la vanne trois voies 9 remplit alors le rôle de vanne d'isolation du compresseur haute pression 31. [0029] Dans une variante de l'invention présentée en figure 4, la vanne 3 voies peut être remplacée par deux vannes, respectivement positionnées sur la branche d'isolation pour la vanne d'isolation 7, et entre l'amont du compresseur basse pression 21 et le point de piquage pour la vanne de recirculation 8. Les vannes sont alors dotées de moyens de pilotage adaptés, de sorte à pouvoir assurer l'obturation ou l'ouverture des branches de recirculation et d'isolation tel que précédemment décrit. [0030] L'invention ainsi constitué permet de réduire considérablement le coût et la complexité d'un système de suralimentation à double étage d'un moteur à combustion, et en particulier d'un moteur à allumage commandé muni d'un boîtier papillon, par la réduction du nombre de vanne requises à l'admission et des dispositifs de contrôle associés aux vannes ainsi supprimées, tout en conservant une parfaite protection des compresseurs de suralimentation contre le phénomène de pompage. Revendications: 1. Circuit d'admission d'un moteur à combustion (1) comportant en série un turbocompresseur basse pression (2) muni d'un compresseur basse pression (21) et un turbocompresseur haute pression (3) muni d'un compresseur haute pression (31) caractérisé en ce qu'il comporte une branche de recirculation entre l'aval du compresseur haute pression (31) et l'amont du compresseur basse pression (21), ladite branche de recirculation étant munie d'une vanne de recirculation (8). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne de recirculation (8) est du type tout ou rien. 3. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, équipant un moteur à combustion (1) muni d'une commande d'accélérateur, caractérisé en ce que la vanne de recirculation (8) est dotée de moyens de pilotage aptes à ouvrir la vanne (8) en cas de relâchement brusque de la commande d'accélérateur. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une branche d'isolation du compresseur haute pression (32) dotée d'une vanne d'isolation (7) et reliant l'aval du compresseur basse pression (21) à la branche de recirculation en un point de piquage. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne de recirculation (8) est positionnée entre l'amont du compresseur basse pression (21) et le point de piquage. 6. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne de recirculation et la vanne d'isolation sont formées par une unique vanne 3 voies (9) positionnée au niveau du point de piquage de sorte à pouvoir : • Soit obturer la branche de recirculation et obturer la branche d'isolation du compresseur haute pression (31) ; • Soit obturer la branche d'isolation du compresseur haute pression (31) et ouvrir la branche de recirculation ; • Soit obturer la partie de la branche de recirculation entre l'amont du compresseur basse pression (21) et le point de piquage et permettre la communication entre labranche d'isolation du compresseur haute pression (31) et la partie reliant la branche de recirculation et l'aval du compresseur haute pression. 7. Moteur à combustion interne à allumage commandé équipé d'un circuit d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes.5