Brevet FR2977532A1 — publié le 20130111

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT ET D'ADMISSION D'AIR SUR MOTEUR HYBRIDE A COULISSEMENT DESCRIPTION Domaine technique auquel se rapporte l'invention La présente invention concerne les motorisations à hybridation pneumatique comprenant un moteur à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de prélèvement et d'admission de gaz entre une chambre à combustion dudit moteur à combustion interne et un réservoir de stockage. L'invention concerne également les moteurs à combustion interne comprenant un dispositif de prélèvement et d'admission de gaz selon l'invention. Etat de la technique antérieure Les véhicules automobiles sont mus par des moteurs qui sont de plus en plus performants et peu consommateurs en énergie. Les technologies d'hybridation pneumatique se développement et comprennent un stockage d'énergie sous forme pneumatique. D'autres technologies concernent une hybridation électrique avec un stockage d'énergie électrique lors par exemple de périodes de freinage avec récupération d'énergie. L'énergie accumulée peut ensuite être employée lors des phases de demandes comme les phases d'accélération du véhicule. L'hybridation pneumatique consiste à récupérer et à stocker de l'énergie sous forme pneumatique lors de phases de décélération du véhicule et plus spécialement de « lâcher de pied >> d'accélérateur et puis dans un second temps lors de phases d'accélération, selon la demande, de réinjecter cette « énergie pneumatique >> dans le circuit de motorisation. Ladite énergie pneumatique est essentiellement élaborée à partir des gaz comprimés se trouvant dans la chambre à combustion. Ces gaz sont prélevés depuis la chambre à combustion et stockés dans un réservoir, puis, selon la demande, réinjectés dans la même chambre à combustion pour augmenter le couple ou la puissance du moteur pendant quelques instants. Les moteurs à hybridation pneumatique comprennent donc un moteur à combustion interne, une conduite de prélèvement et un réservoir de stockage de gaz, ledit moteur comprenant un carter cylindre surmonté d'une culasse. La demande de brevet EP2103777 divulgue une soupape de prélèvement/admission pour une telle motorisation hybride pneumatique. Le carter cylindre comprend au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston et qui comporte une portion haute au dessus du piston ou chambre destinée à la combustion des gaz mélangés de carburant et d'air. La culasse coiffe le carter cylindre et comprend au moins une partie tête de cylindre placée au dessus du cylindre et qui comprend des orifices dans lesquels coulissent des soupapes qui sont destinées à piloter les alimentations en carburant et en air et l'échappement des gaz brulés. La conduite de prélèvement/admission de gaz vers / depuis le réservoir de stockage, débouche également dans la tête de cylindre et son accès est piloté également par une soupape de prélèvement/admission qui est entrainée par des moyens d'entrainement pilotés avec les moyens de pilotage du moteur. Un inconvénient de ce dispositif concerne le positionnement de la soupape de prélèvement/admission. Le siège de ladite soupape est placé dans une zone haute de la tête de cylindre pour faciliter la phase de prélèvement et son axe est sensiblement vertical, ce qui augmente l'encombrement du moteur. Un autre inconvénient concerne l'étanchéité du dispositif, en particulier autour de la soupape qui coulisse selon un axe vertical pour conserver les niveaux de pression des gaz prélevés. Objet de l'invention Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients et l'invention a pour objet un dispositif de prélèvement et d'admission de gaz sur un moteur hybride pneumatique. L'objet de l'invention est plus particulièrement caractérisé en ce que le dispositif comprend un tube de clapet pouvant coulisser dans un espace ménagé dans la culasse et comportant un orifice sur sa paroi latérale circulaire d'accès vers la chambre à combustion, le coulissement permettant d'obturer ou non l'orifice. Avantageusement, le dispositif est positionné au dessus de la chambre à combustion et l'axe du tube de clapet est transversal à l'axe du cylindre, diminuant l'encombrement du moteur. Avantageusement, le tube de clapet comporte une chambre interne connectée au réservoir de stockage de gaz. Les gaz prélevés ou réinjectés suivent le même chemin mais en sens contraire selon la différence de pression des gaz entre la chambre à combustion et le réservoir de gaz. Avantageusement, le tube de clapet est entrainé en déplacement longitudinal selon l'axe longitudinal sur une longueur égale au diamètre de l'orifice. Le déplacement étant de faible ampleur est rapide. Le dispositif passe d'une position fermée, l'orifice étant obturé par un élément de paroi cylindrique du tube, à une position ouverte, l'orifice étant relié aérauliquement avec la chambre interne du tube cylindrique. Avantageusement, le tube de clapet est relié à des moyens d'entrainement en translation pilotés par une unité de contrôle électrique qui autorise la position ouverte selon les phases de « lâcher de pied >> de l'accélérateur et de montée en régime. Avantageusement, le tube cylindrique comporte une languette radiale reliée à des moyens d'entrainement. Avantageusement, les moyens d'entrainement sont externes au dispositif. Avantageusement, les moyens d'entrainement sont internes au dispositif, la réalisation de l'étanchéité des éléments mobiles du dispositif est facilitée D'autres aspects de l'invention vont être présentés dans la description suivante en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, dans le seul but de bien comprendre l'invention et comment elle peut être réalisée. Description des dessins La figure 1 est une vue de coupe transversale du dispositif selon l'invention avec des moyens d'entrainement externes au dispositif, le dispositif étant en position fermée. La figure 2 est une vue de coupe transversale du dispositif selon l'invention avec des moyens d'entrainement externes au dispositif, le dispositif étant en position ouverte. La figure 3 est une vue de coupe transversale du dispositif selon l'invention comportant des moyens d'entrainement internes au dispositif. Exposé de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 présentent le dispositif de prélèvement et d'admission d'air 10 selon un premier mode de réalisation. Ledit dispositif est placé en partie dans une culasse 11 au dessus d'une chambre de combustion 12. Un orifice 19a est créé au dessus de ladite chambre à combustion 12 dans une tête de cylindre 13, ladite chambre de combustion est positionnée dans une portion haute d'un cylindre (non représenté) au dessus d'un piston (non représenté) coulissant dans ledit cylindre. L'axe 27 de la tête de cylindre est sensiblement confondu avec l'axe du cylindre. Dans une première partie du dispositif 10, un espace cylindrique 14 est formé dans la culasse 11 selon un axe 28 sensiblement transversal à l'axe 27 du cylindre, ledit espace comportant une extrémité gauche inscrite dans la culasse 11 et une extrémité droite débouchant de la culasse. L'orifice 19a débouche dans une portion de l'extrémité gauche de l'espace cylindrique 14. Un tube guide cylindrique 18 comportant un orifice 19b sur sa paroi latérale de diamètre sensiblement égal au diamètre de l'orifice 19a au dessus de la chambre à combustion, est emmanché serré vers l'extrémité gauche de l'espace cylindriquel4 de façon à ce que l'orifice 19a soit en regard de l'orifice 19b, le diamètre extérieur dudit tube guide est sensiblement égal au diamètre intérieur de l'espace 14 et sa longueur sensiblement inférieure à la longueur dudit espace. L'axe du tube de clapet est confondu avec l'axe 28 de l'espace cylindrique 14. Un deuxième tube cylindrique 17 dit de clapet, ouvert aux deux extrémités et de diamètre extérieur sensiblement inférieur au diamètre intérieur du tube guide 18 et comportant une chambre interne 20, est inséré dans le tube guide 18 vers l'extrémité gauche, la longueur du tube de clapet 17 est telle qu'il comporte une partie droite dépassant de l'espace 14. Dans cette position, le tube de clapet obture l'orifice 19b,1 9a d'accès vers la chambre à combustion 12. Ledit tube de clapet est monté mobile en coulissement le long de l'axe longitudinal 28. Dans une deuxième partie du dispositif 10, l'extrémité droite de l'espace 14 est prolongée radialement par une échancrure annulaire entourant l'espace 14 et destinée à loger une bague à lèvre 21 comportant un carter de bague (non représenté) fixé sur la paroi circulaire extérieure de la dite échancrure et un joint circulaire (non représenté) qui vient lécher la paroi circonférentielle externe du tube de clapet . Le tube de clapet 17 comporte sur sa partie droite une languette 24 sensiblement radiale s'étendant vers l'extérieur. 3 Une entretoise cylindrique 23 de diamètre intérieur sensiblement supérieur au diamètre extérieur du tube de clapet est placée dans le prolongement de l'espace 14 et entoure une portion de la partie droite du tube de clapet. Ladite entretoise comporte une ouverture longitudinale, de longueur au moins égale au diamètre des orifices 19a ou 19b, de laquelle débouche la languette radiale 24 du tube de clapet 17. Ladite ouverture permet le guidage de la languette 24 dans un mouvement de translation longitudinal sur la longueur de l'ouverture. Un carter d'extrémité 25 du dispositif de forme de tube sensiblement cylindrique comporte une extrémité gauche prolongée par une plaque sensiblement circulaire s'étendant radialement vers l'extérieur et comportant des trous de passage pour des vis de fixation 26, une paroi entourant une chambre cylindrique 29 et une face en extrémité droite comportant un orifice dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre intérieur du tube de clapet 17. Le carter 25 est fixé sur la paroi de culasse 11 de telle façon que la chambre cylindrique 29 soit dans le prolongement de l'espace 14, l'axe du carter est confondu avec l'axe dudit espace 14. Dans ladite chambre cylindrique sont disposées l'entretoise 23 et une deuxième bague à lèvre 22 montée serrée et de façon étanche contre la paroi latérale de la chambre cylindrique 29, qui entourent la partie droite du tube de clapet. La profondeur de ladite chambre est au moins égale à la somme des longueurs de l'entretoise 23, de la deuxième bague 22 à lèvre et de l'ouverture longitudinale, de sorte que le tube de clapet 17 reste entouré par le carter 25 tout au long de son déplacement longitudinal. Le carter d'extrémité 25 comporte sur sa paroi latérale une ouverture longitudinale en regard avec l'ouverture longitudinale de l'entretoise 23, et de laquelle débouche la languette radiale 24 du tube de clapet. Une conduite cylindrique 15 est fixée de façon étanche au carter d'extrémité 25 dans le prolongement de l'orifice de l'extrémité droite du carter 25 et relie la chambre cylindrique 29 et donc la chambre interne 20 du tube de clapet 17 à un réservoir de stockage 16 disposé à proximité du moteur (non représenté). La languette 24 est reliée à des moyens d'entrainement longitudinal (non représentés) pilotés par une unité de contrôle électronique (non représentée). Les moyens d'entrainement et l'unité de contrôle électronique sont placés en dehors du dispositif de prélèvement et d'admission de gaz Le fonctionnement du dispositif est illustré par les figures 1 et 2. Le tube de clapet 17 peut coulisser longitudinalement, entrainé par la languette radiale 24, la dite languette 24 étant en permanence entre les deux bagues à lèvre 21,22 qui assurent l'étanchéité d'une zone de déplacement dans le carter d'extrémité limitée entre les bagues à lèvres 21,22. Selon la figure 2, la languette radiale 24, et en conséquence le tube de clapet, peuvent être déplacés vers l'extrémité droite de l'entretoise 23. Les trous 19a et 19b ne sont alors pas obturés par un élément de paroi du tube de clapet 17. Si la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion 12 est supérieure à la pression des gaz contenus dans le réservoir 16, les gaz s'échappent de la chambre à combustion vers le réservoir 16. Dans le cas contraire, les gaz s'échappent du réservoir pour intégrer la chambre à combustion. Lorsque la languette radiale et le tube de clapet sont entrainés vers l'extrémité gauche, selon la figure 1, un élément de paroi circulaire du tube de clapet obture l'orifice 19b, fermant l'accès à la chambre à combustion 12. L'unité de contrôle électronique contrôle l'ouverture et la fermeture de l'accès à la chambre à combustion 12 selon les phases de fonctionnement du moteur et selon les pressions dans le réservoir de stockage des gaz et dans la chambre à combustion, pressions indiquées par des capteurs de pression implantés respectivement dans le réservoir de stockage et dans la chambre à combustion. L'accès à la chambre à combustion est initialement fermé. Lors des phases de « lâcher de pied >> d'accélérateur, l'unité de contrôle électronique vérifie que la pression des gaz à l'intérieur de la chambre à combustion 12, avant l'injection du carburant, est supérieure à la pression des gaz dans le réservoir de stockage 16. Dans le cas favorable, elle autorise un coulissement du tube de clapet et donc l'ouverture de l'accès de la chambre à combustion vers le réservoir. Les gaz sont alors dirigés vers le réservoir de stockage. L'accès est ensuite refermé. Lors des phases d'accélération ou de charge du moteur, l'unité de contrôle électronique vérifie que la pression des gaz à l'intérieur du réservoir de stockage 16 est supérieure à celle des gaz dans la chambre à combustion 12. Dans le cas favorable, elle autorise un coulissement du tube de clapet et l'ouverture de l'accès de la chambre à combustion vers le réservoir. Les gaz contenus dans ledit réservoir 16 sont alors dirigés vers la chambre à combustion 12 pour être mélangés avec du carburant et participer à une meilleure combustion. L'accès est ensuite refermé. Selon un deuxième mode de réalisation représenté en figure 3, les moyens d'entrainement du tube de clapet 17 sont de forme sensiblement cylindrique et adaptés sur le tube de clapet 17. La première partie du dispositif est inchangée par rapport au premier mode de réalisation. La deuxième partie est modifiée en ce que le tube de clapet 17 comporte un bossage annulaire 32 sur sa paroi circonférentielle extérieure relié à des moyens d'entrainement en longitudinal 30 installés dans un carter d'extrémité 25. Le carter d'extrémité 25 du dispositif est de forme de tube sensiblement cylindrique et comporte une extrémité gauche prolongée par une plaque sensiblement circulaire de fixation s'étendant radialement vers l'extérieur, ladite plaque comportant des trous de passage pour des vis de fixation 26 et une rainure circulaire 31 selon l'axe du carter située à un diamètre sensiblement supérieur au diamètre de l'espace 14, une paroi entourant une chambre cylindrique 29 et une face en extrémité droite comportant un orifice selon l'axe du carter, le diamètre dudit orifice étant sensiblement égal au diamètre intérieur du tube de clapet 17. Le carter est fixé sur la paroi de culasse 11 de telle façon que la chambre cylindrique 29 soit dans le prolongement de l'espace 14, un joint torique est placé dans la rainure circulaire 31 et est comprimé pour assurer l'étanchéité. Dans ladite chambre cylindrique 29 sont disposés les moyens d'entrainement en translation 30 et une bague à lèvre 22 montée serrée et de façon étanche contre la paroi latérale de la chambre cylindrique 29 du carter d'extrémité 25, qui entourent une portion de la partie droite du tube de clapet. Ledit tube 17 peut coulisser longitudinalement, entrainé par les moyens d'entrainement, la longueur de ladite chambre cylindrique 29 est au moins égale à la somme des longueurs selon l'axe longitudinal 28, des moyens d'entrainement 30, de la bague à lèvre 22 et du diamètre des orifices 19a ou 19b, de sorte que le tube de clapet reste entouré par le carter d'extrémité tout au long de son déplacement longitudinal. Une conduite 15 cylindrique est fixée de manière étanche au carter d'extrémité dans le prolongement de l'orifice de la face en extrémité droite du carter 25 et relie la chambre cylindrique 29 et donc la chambre interne 20 du tube de clapet 17 à un réservoir de stockage 16 disposé à proximité du moteur (non représenté). Les moyens d'entrainement sont adaptés à entrainer en translation le tube de clapet. Ils sont pilotés par une unité de contrôle électronique (non représentée) disposée à l'extérieur du dispositif. Le tube de clapet peut coulisser sur une distance au moins égale au diamètre des orifices 19a ou 19b d'une position fermée de telle façon qu'un élément de paroi du tube de clapet 17 obture l'orifice 19b fermant l'accès à la chambre de combustion, à une position ouverte permettant de relier aérauliquement la chambre à combustion avec la chambre interne du tube de clapet et donc le réservoir de stockage. Les modalités de contrôle de cette variante sont identiques à celles du premier mode de réalisation. Ce deuxième mode de réalisation permet de remplacer un système d'étanchéité dynamique basé sur la première bague à lèvre 30 par un système d'étanchéité statique basé sur un joint torique disposé dans une rainure circulaire 31 disposée dans la plaque circulaire de fixation du carter d'extrémité 25. L'objet de l'invention est atteint par le dispositif de prélèvement et d'admission d'air présenté ci-avant selon les deux modes de réalisation : l'encombrement vertical est fortement diminué par le positionnement transversal sensiblement horizontal du dispositif et les contraintes d'étanchéité sont fortement diminuées notamment avec le second mode de réalisation. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés ci-dessus. D'autres modes de réalisation peuvent être suggérés dans l'esprit de l'homme de l'art avec un positionnement du dispositif plus incliné selon les contraintes d'encombrement du moteur. REVENDICATIONS1) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air disposé sur un moteur à combustion interne comportant au moins une culasse (11), un cylindre comportant un axe (27) et une chambre à combustion (12) positionnée en position haute dudit cylindre, le dispositif étant piloté par une unité de contrôle électronique et étant en liaison avec ladite chambre à combustion et avec un réservoir de stockage (16), ledit dispositif communiquant avec ladite chambre par un orifice (19a,19b) dont l'accès est contrôlé, caractérisé en ce que le dispositif comprend un tube de clapet (17) cylindrique pouvant coulisser dans un espace (14) ménagé dans la culasse (11), le coulissement permettant d'obturer ou non l'orifice 2) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est positionné au dessus de la chambre à combustion (12) et que l'axe du tube de clapet est transversal à l'axe (27) du cylindre. 3) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube de clapet (17) comporte une chambre interne (20) connectée au réservoir de stockage de gaz (16). 4) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le tube cylindrique (17) est monté mobile en déplacement longitudinal selon l'axe longitudinal (28) sur une longueur égale au diamètre de l'orifice (19a, 19b). 5) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube cylindrique peut occuper deux positions : une position fermée, où l'orifice (19a,19b) de l'espace cylindrique est obturé par un élément de paroi du tube de clapet (17), et une position ouverte, où le tube de clapet (17) est déplacé d'une distance égale au diamètre de l'orifice (19a,19b) de l'espace cylindrique, permettant de relier aérauliquement cet orifice avec la chambre interne (20) du tube de clapet (17). 6) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube de clapet (17) est relié à des moyens d'entrainement en translation pilotés par une unité de contrôle électrique. 7) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube de clapet (17) comporte une languette radiale (24) reliée aux dits moyens d'entrainement en translation. 8) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement en translation sont disposés à l'extérieur du dispositif (10). 9) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (30) en translation sont disposés à l'intérieur du dispositif (10). 2977532 s 10) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs de pression implantés dans le réservoir de stockage (16) et dans la chambre à combustion (12), lesdits capteurs étant reliés à l'unité de contrôle électronique. 5 11) Moteur hybride comprenant un moteur à combustion interne comportant un dispositif de prélèvement et d'admission d'air selon les revendications précédentes.