Brevet FR2977531A1 — publié le 20130111

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT ET D'ADMISSION D'AIR SUR MOTEUR HYBRIDE A DEPLACEMENT ROTATIF 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 de gaz 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 de gaz débouche également dans la tête de cylindre et son accès est piloté également par une soupape de prélèvement/admission qui sert pour le prélèvement et l'admission de gaz vers / depuis le réservoir de stockage. La soupape est commandée par des moyens de commande couplés 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 caractérisé plus particulièrement en ce que le dispositif comprend un tube de clapet qui est monté mobile en rotation autour de son axe dans un espace cylindrique ménagé dans la culasse comportant un orifice sur sa paroi latérale circulaire d'accès vers la chambre à combustion, la rotation du tube 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 mobile en rotation autour de son axe selon un arc de cercle dont la corde est au moins égale au diamètre de l'orifice (19a, 19b). La rotation étant de faible ampleur est rapide. Le dispositif passe d'une position fermée, l'orifice de l'espace cylindrique étant obturé par un élément de paroi cylindrique du tube, à une position ouverte, la chambre interne du tube cylindrique étant reliée aérauliquement avec ledit orifice. Avantageusement, le tube de clapet est relié à des moyens d'entrainement en rotation. Lesdits moyens d'entrainement sont 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 de clapet 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, en position ouverte. La figure 2 est une vue de coupe transversale du dispositif selon l'invention comportant des moyens d'entrainement externes au dispositif, en position fermée. La figure 3 est une vue de coupe transversale du dispositif selon l'invention avec 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 dans une culasse Il 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 28 de la tête de cylindre est confondu avec l'axe du cylindre. Dans une première partie du dispositif 10, un espace cylindrique 14 est ménagé dans la culasse 11 selon un axe 29 sensiblement transversal à l'axe 28 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 cylindrique 14 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 cylindrique 14 et sa longueur sensiblement inférieure à la profondeur dudit espace. 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 et un orifice 19c sur sa paroi latérale, est inséré dans le tube guide 18 vers l'extrémité gauche du tube guide, la longueur du tube de clapet est telle qu'il comporte une partie droite dépassant de l'espace cylindrique 14. Le tube de clapet 17 est positionné dans le tube guide 18 de façon à ce que l'orifice 19c soit positionné au même niveau que les orifices 19a et 19b selon l'axe 29, les diamètres des différents orifices 19a, 19b et 19c sont sensiblement égaux. Le tube de clapet est monté mobile en rotation autour de l'axe 29. Dans une deuxième partie du dispositif 10, l'extrémité droite de l'espace cylindrique 14 est prolongée radialement par une échancrure annulaire entourant ledit espace 14 et destinée à loger une bague à lèvre 30 comportant un carter de bague (non représenté) fixé sur la paroi circulaire extérieure de ladite échancrure et un joint circulaire (non représenté) qui vient lécher la paroi circonférentielle externe du tube de clapet 17. 3 Le tube de clapet 17 comporte sur sa partie droite sur sa paroi circonférentielle extérieure une languette sensiblement radiale 24 s'étendant vers l'extérieur. Une entretoise cylindrique 32 de diamètre intérieur sensiblement supérieur au diamètre extérieur du tube de clapet 17 est placée dans le prolongement de l'espace cylindrique 14 et entoure une portion de la partie droite du tube de clapet. Ladite entretoise comporte une ouverture circulaire 36 sur un arc de cercle, la corde de l'arc étant 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 rotation. Un carter d'extrémité 35 du dispositif, de forme de tube 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 34 et une face en extrémité droite comportant un orifice d'extrémité selon l'axe longitudinal du carter, le diamètre dudit orifice d'extrémité étant sensiblement égal au diamètre intérieur du tube de clapet 17. Le carter 35 est fixé sur la paroi de culasse 11 de telle façon que la chambre cylindrique 34 soit dans le prolongement de l'espace 14, l'axe du carter est confondu avec l'axe 29 de l'espace cylindrique 14. Dans ladite chambre cylindrique 34 sont disposées l'entretoise 32 et une deuxième bague à lèvre 31 montée serrée et de façon étanche contre la paroi latérale de la chambre cylindrique 34, qui entourent la partie droite du tube de clapet. Le carter d'extrémité 35 comporte sur sa paroi latérale une ouverture circulaire selon un arc de cercle en regard avec l'ouverture circulaire 36 de l'entretoise, et par laquelle débouche la languette radiale 24 du tube de clapet. Une conduite 15 cylindrique est fixée de manière étanche au carter d'extrémité 35 dans le prolongement de l'orifice d'extrémité et relie la chambre cylindrique 34 et donc la chambre interne 20 du tube de clapet à un réservoir de stockage 16 disposé à proximité du moteur (non représenté). La languette radiale 24 est reliée à des moyens d'entrainement en rotation (non représentés) pilotés par une unité de contrôle électronique (non représentée). Les moyens d'entrainement et l'unité de contrôle électronique sont disposés à l'extérieur du dispositif 10. Le fonctionnement du dispositif est illustré par les figures 1 et 2. Le tube de clapet 17 peut tourner autour de son axe 29 sur un arc de cercle, entrainé par la languette radiale 24, ladite languette étant en permanence entre les deux bagues à lèvre 30, 31 qui assurent l'étanchéité d'une zone de déplacement dans le carter d'extrémité limitée entre les deux bagues à lèvres. Selon la figure 1, la languette radiale 24 et en conséquence le tube de clapet sont dans une position telle que les orifices 19a et 19b ne sont pas obturés par un élément de paroi du tube de clapet. Si la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion 12 est supérieure à la pression des gaz dans le réservoir de stockage 16, les gaz s'échappent de la chambre de combustion vers le réservoir. Dans le cas contraire, les gaz s'échappent du réservoir de stockage pour intégrer la chambre à combustion. Selon la figure 2, la languette radiale 24 et en conséquence le tube de clapet 17 sont entrainés en rotation sur sensiblement une portion de tour, de telle façon qu'un élément de paroi circulaire du tube de clapet obture l'orifice 19b, fermant l'accès à la chambre de 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 des gaz dans le réservoir de stockage 16 et dans la chambre à combustion 12, pressions indiquées par des capteurs de pressions (non représentés) 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, avant l'injection du carburant, est supérieure à la pression des gaz dans le réservoir de stockage. Dans le cas favorable, elle autorise une rotation du tube de clapet et l'ouverture de l'accès vers la chambre à combustion. Les gaz sont alors dirigés de la chambre à combustion 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 est supérieure à celle dans la chambre à combustion 12. Dans le cas favorable, elle autorise une rotation du tube de rotation et l'ouverture de l'accès vers la chambre à combustion. Les gaz contenus dans ledit réservoir sont alors dirigés vers la chambre à combustion 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 2, des moyens d'entrainement 27 du tube de clapet 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 seconde partie est modifiée en ce que la partie droite du tube de clapet 17 comporte un simple bossage circulaire 33 sur sa paroi circonférentielle extérieure relié aux dits moyens d'entrainement 27 en rotation installés dans un carter d'extrémité 35. Le carter d'extrémité 35 du dispositif de forme de tube sensiblement cylindrique comporte une extrémité gauche prolongée par une plaque sensiblement circulaire et s'étendant radialement vers l'extérieur, ladite plaque comportant des trous de passage pour des vis de fixation 26 et une rainure circulaire 22 selon l'axe du carter située à un diamètre sensiblement supérieur au diamètre de l'espace 14, une paroi entourant une chambre cylindrique 34 et une face en extrémité droite comportant un orifice d'extrémité selon l'axe longitudinal du carter, le diamètre dudit orifice d'extrémité étant sensiblement égal au diamètre intérieur du tube de clapet 17. Le carter 35 est fixé sur la paroi de culasse 11 de telle façon que la chambre cylindrique 34 soit dans le prolongement de l'espace cylindrique 14, l'axe du carter étant confondu avec l'axe dudit espace cylindrique, un joint torique est placé dans la rainure circulaire 22 et est comprimé pour assurer l'étanchéité. Dans ladite chambre cylindrique 34 sont disposés les moyens d'entrainement 27 et une bague à lèvre 31, la bague à lèvre 31 étant montée serrée et de façon étanche contre la paroi latérale de la chambre cylindrique 34, qui entourent la partie droite du tube de clapet. Une conduite 15 cylindrique est fixée de manière étanche au carter d'extrémité 35 dans le prolongement de l'orifice d'extrémité et relie la chambre cylindrique 34 et donc la chambre interne 20 du tube de clapet à un réservoir de stockage 16 disposé à proximité du moteur (non représenté). Les moyens d'entrainement 27 sont reliés au bossage circulaire directement sur le tube de clapet 17 sont adaptés à entrainer en rotation ledit tube. Ils sont pilotés par une unité de contrôle électronique (non représentée) disposée à l'extérieur du dispositif 10. Le tube de clapet est entrainé en rotation sur une portion de tour depuis une position fermée telle que les orifices 19a et 19b sont obturés par un élément de paroi du tube de clapet à une position ouverte permettant de relier aérauliquement la chambre à combustion avec la chambre interne 20 du tube de clapet 17 et donc au réservoir de stockage 16. En position ouverte, si la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion 12 est supérieure à la pression des gaz dans le réservoir de stockage 16, les gaz s'échappent de la chambre de combustion vers le réservoir. Dans le cas contraire, les gaz s'échappent du réservoir de stockage pour intégrer la chambre à combustion. 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 22 disposée dans la plaque circulaire de fixation du carter d'extrémité 35. 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 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 dont l'accès est contrôlé, caractérisé en ce que le dispositif comprend un tube de clapet cylindrique (17) comportant un axe de rotation et pouvant tourner autour dudit axe dans un espace cylindrique coaxial ménagé dans la culasse (11), ledit espace comportant un orifice (19a) sur sa paroi circulaire d'accès vers la chambre à combustion, la rotation du tube de clapet (17) 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 (29) du tube de clapet (17) est transversal à l'axe du cylindre (28). 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 (34) connectée au réservoir (16) de stockage de gaz. 4) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube de clapet (17) est mobile en rotation autour de son axe longitudinal (29) selon un arc de cercle dont la corde est au moins 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 de clapet peut occuper deux positions :une position fermée, où l'orifice (19a,19b) est obturé par un élément de paroi du tube de clapet (17), et une position ouverte où le tube de clapet est tourné autour de son axe, permettant de relier aérauliquement l'orifice (19a,19b) avec la chambre interne (20) du tube de clapet. 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 rotation 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 rotation. 8) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement sont disposés à l'extérieur du dispositif. 9) Dispositif (10) de prélèvement et d'admission d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement en rotation (27) sont disposés à l'intérieur du dispositif.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. 11) Moteur hybride comprenant un moteur à combustion interne comportant un dispositif de prélèvement et d'admission d'air selon les revendications précédentes.