Brevet FR2989324A1 — publié le 20131018

DISPOSITIF DE PURGE POUR SYSTEME DE MOTORISATION HYBRIDE PNEUMATIQUE-THERMIQUE pool L'invention concerne un dispositif de purge pour système de motorisation hybride pneumatique-thermique et une unité de motorisation hybride pneumatique comprenant un moteur thermique et un réservoir d'air comprimé. L'invention se rapporte également à des procédés de purge du réservoir d'air comprimé et de gestion d'alimentation en comburant du moteur thermique. Enfin l'invention vise un véhicule comprenant un tel dispositif de purge. [0002] Le document FR-B-2 922 162 présente un système de motorisation hybride pneumatique-thermique pour véhicules automobiles. Ce système de motorisation hybride combine un moteur thermique avec un dispositif de conversion et de stockage de l'énergie pneumatique. Ce système de motorisation hybride comprend ainsi un réservoir d'air comprimé, relié par des conduites aux différentes chambres de combustion du moteur thermique. [0003] Le réservoir d'air comprimé de ces systèmes de motorisation hybride peut être rempli d'air comprimé dans la chambre de combustion par le travail du piston. Ce réservoir d'air comprimé est donc susceptible de recevoir des résidus de la combustion qui sont présents dans la chambre de combustion. Ces résidus (vapeur d'eau, suies, imbrulés, huile) peuvent endommager le réservoir d'air comprimé s'ils s'y accumulent. [0004] Par conséquent, l'invention vise à contrôler la quantité de résidus accumulés dans le réservoir. [0005] L'invention propose, pour ce faire, un dispositif de purge pour système de motorisation hybride pneumatique-thermique, caractérisé en ce qu'il comprend : - un conduit de purge dont une première extrémité est adaptée à être mise en communication de fluide avec un réservoir d'air comprimé du système de motorisation hybride pneumatique, et dont une deuxième extrémité est adaptée à être mise en communication de fluide avec un conduit d'admission d'air du système de motorisation hybride pneumatique, et, - une vanne de purge adaptée à couper la communication de fluide entre les première et deuxième extrémités du conduit de purge. [0006] L'invention se rapporte également à un système de motorisation hybride thermique-pneumatique comportant : un moteur thermique avec : - au moins un cylindre, et - un piston apte à se déplacer dans le cylindre et définissant, avec le cylindre, une chambre de combustion, - un réservoir d'air comprimé apte à être mis sélectivement en 10 communication de fluide avec la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de purge tel que décrit ci-avant, la première extrémité du conduit de purge étant en communication de fluide avec le réservoir d'air comprimé, la deuxième extrémité du conduit de purge étant en communication de fluide avec un conduit d'admission d'air du moteur thermique. 15 [0007] Selon une variante, le système de motorisation hybride pneumatique comprend un capteur de mesure du débit de résidus extraits du réservoir d'air comprimé. mos] Selon une variante, le capteur de mesure de débit est adapté à mesurer un débit à l'intérieur du conduit de purge. 20 [0009] Selon une variante, le réservoir d'air comprimé est en communication de fluide avec la chambre de combustion à travers un conduit, distinct du conduit de purge et muni d'une soupape adaptée à mettre sélectivement en communication de fluide le réservoir d'air comprimé et la chambre de combustion. polo] L'invention se rapporte également à un procédé de purge d'un réservoir 25 d'air comprimé d'un système de motorisation hybride pneumatique tel que décrit ci- avant dans toutes ses combinaisons, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : a) fermeture de la soupape pour couper la communication de fluide entre la chambre de combustion et le réservoir d'air comprimé, b) ouverture de la vanne de purge pour faire circuler des résidus du réservoir dans le conduit de purge vers la chambre de combustion, c) fermeture de la vanne de purge, d) mélange des résidus avec un comburant pour le moteur thermique, et, e) combustion du mélange des résidus et du comburant dans la chambre de combustion du moteur thermique. [0011] Selon une variante, le procédé de purge comprend les étapes suivantes, antérieures à l'étape a) : - détermination d'un temps cumulé durant lequel le réservoir est alimenté en air comprimé depuis la chambre de combustion, - comparaison du temps cumulé avec une valeur seuil, les étapes a) à e) étant mise en oeuvre quand le temps cumulé est supérieur à la valeur seuil. [0012] Selon une variante, le procédé de purge comprend en outre les étapes de : f) mesure du débit des résidus du réservoir d'air comprimé qui circulent dans le conduit de purge vers la chambre de combustion, g) détermination d'un débit de comburant à injecter en complément des résidus dans la chambre de combustion pour assurer la combustion du mélange 20 durant un cycle moteur, l'étape d) consistant alors à mélanger le débit de comburant déterminé à l'étape g) avec les résidus. [0013] L'invention vise également un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un système de motorisation hybride pneumatique tel que décrit ci-avant 25 dans toutes ses combinaisons. [0014] Selon une variante, le véhicule automobile comporte une unité électronique de commande spécialement conçue pour mettre en oeuvre le procédé de purge tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons. [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue schématique d'un système de motorisation hybride pneumatique-thermique muni d'un dispositif de purge ; - figure 2, une courbe illustrant la mise en oeuvre du dispositif de purge du système de motorisation hybride de la figure 1. [0016] Un système de motorisation hybride pneumatique-thermique 10, tel que représenté sur la figure 1, comporte un moteur thermique 12 et un réservoir d'air comprimé 14. Le moteur thermique 10 comporte classiquement une pluralité de cylindres 16 et de pistons, chaque cylindre étant associé à un piston apte à se déplacer à l'intérieur de ce cylindre et y définissant une chambre de combustion. Pour la clarté de l'exposé qui suit, il sera considéré que le moteur thermique ne comporte qu'un cylindre et un piston, l'homme du métier pouvant aisément adapter l'enseignement qui suit au cas où le moteur comprend plusieurs cylindres. [0017] La chambre de combustion dans le cylindre 16 peut être sélectivement mise en communication de fluide avec : - un conduit d'admission d'air 18, lorsque un clapet (ou soupape) d'admission 20 est ouvert ; - un conduit d'échappement 22, lorsqu'un clapet (ou soupape) d'échappement 24 est ouvert ; et - avec le réservoir d'air comprimé 14, lorsque un clapet (ou une soupape) de communication 26 entre la chambre de combustion et le réservoir d'air comprimé 14 est ouvert. [0018] Le système de motorisation hybride pneumatique-thermique 10 comprend en outre une unité électronique de commande 28 (ou Calculateur Multifonction Moteur, CMM) qui commande classiquement l'injection de carburant dans le moteur 12. Ici, l'unité électronique de commande 28 commande également le clapet d'admission d'air 20 et le clapet de communication 26. Cette commande peut notamment être réalisée en fonction du signal de sortie d'un capteur de pression 22 adaptée à mesurer la pression dans le réservoir d'air comprimé. Cette commande est également mise en oeuvre pour faire fonctionner le système de motorisation hybride pneumatique-thermique 10 selon trois modes de fonctionnement distincts. [0019] Un premier mode de fonctionnement (ou mode de fonctionnement « thermique ») consiste à utiliser le moteur thermique 16 de manière classique. En d'autres termes, le moteur thermique est alimenté en gaz d'admission en ouvrant sélectivement le clapet 20. Le moteur thermique est également alimenté en carburant, l'injection de carburant étant de préférence commandée par l'unité électronique de commande 28. Le clapet 24 est sélectivement ouvert pour évacuer les gaz d'échappements. Le clapet de communication 26 est lui fermé, de sorte que la communication de fluide entre la chambre de combustion et le réservoir d'air comprimé 14 est coupée. [0020] Un second mode de fonctionnement (ou mode « moteur pneumatique ») consiste à adjoindre une quantité d'air comprimé supplémentaire aux éléments de la combustion. Cet ajout d'air comprimé permet d'accentuer le couple moteur, même à bas régime. Durant cette phase, le réservoir d'air comprimé 12 est en communication de fluide avec la chambre de combustion 16 durant le temps de compression, avant l'explosion du mélange dans la chambre de combustion 16. [0021] Enfin, dans un troisième mode de fonctionnement (ou mode « pompe ») le piston dans le cylindre 16 est utilisé pour comprimer de l'air admis depuis le conduit d'admission 18. Dans ce mode de fonctionnement, l'unité électronique de commande 28 commande l'interruption de l'alimentation en carburant de la chambre de combustion. Ce mode de fonctionnement est donc mis en oeuvre essentiellement lors des décélérations ou freinages du véhicule automobile La chambre de combustion n'est alors alimentée qu'en air via le conduit d'admission d'air 18. Pour ce faire, l'unité électronique de commande 20 commande l'ouverture sélective du clapet d'admission 20. Le piston est entraîné dans le cylindre 16 et comprime l'air présent dans la chambre de combustion. Selon ce troisième mode de fonctionnement, le réservoir d'air comprimé 14 est en communication de fluide avec la chambre de combustion 16 durant le temps d'échappement, pour permettre le remplissage du réservoir d'air comprimé avec de l'air comprimé. Cette communication de fluide est également commandée par l'unité électronique de commande 28 qui commande l'ouverture et la fermeture du clapet de communication 26. [0022] Cependant, l'air comprimé lorsque le système de motorisation hybride fonctionne selon ce troisième mode de fonctionnement est chargé de résidus de combustion tels que de la vapeur d'eau, des suies, des particules imbrulées ou de l'huile, notamment. Ces résidus peuvent présenter un risque pour le réservoir d'air comprimé 14 s'ils s'y accumulent. [0023] Pour éviter cette accumulation, le système de motorisation hybride thermique pneumatique comporte un dispositif de purge 30. Ce dispositif de purge comprend un conduit de purge 32 et une vanne de purge 34 adaptée à couper la communication de fluide entre une première 321 et une deuxième 322 extrémités du conduit de purge 32. La première extrémité 321 du conduit de purge 32 est en communication de fluide avec l'intérieur du réservoir d'air comprimé 14. Ici, la première extrémité 321 est fixée au réservoir d'air comprimé 14, de préférence sur une portion basse du réservoir d'air comprimé 14, de préférence encore sur la paroi inférieure du réservoir d'air comprimé 14, lorsque celui-ci est en position de fonctionnement, pour récupérer un maximum de résidus de combustion dans le conduit de purge, par gravité. La deuxième extrémité 322 du conduit de purge est elle en communication de fluide avec le conduit d'admission d'air 18. Ici, le conduit de purge 32 débouche par cette deuxième extrémité 322 dans le conduit d'admission d'air en aval du clapet d'admission 20 et en amont de la chambre de combustion. [0024] Ainsi, le dispositif de purge permet de récupérer les résidus de combustion présent dans le réservoir d'air comprimé 14, de les faire se mélanger avec l'air d'admission en ouvrant la vanne de purge 34, pour qu'ils soient brulés dans la chambre de combustion. [0025] Selon un mode de réalisation avantageux, un capteur de débit (non représenté) est prévu, qui permet de mesurer le débit de résidus extraits du réservoir d'air comprimé 14 qui traverse le conduit de purge 32. [0026] Dans ce cas, l'unité électronique de commande 28 peut comporter un programme pour mettre en oeuvre le procédé de purge décrit ci-après. [0027] Les étapes visant la purge du réservoir ne sont mises en oeuvre que lorsque l'encrassement du réservoir est estimé suffisant. Pour ce faire, on mesure le temps de fonctionnement cumulé 36 du système de motorisation hybride en mode « pompe ». C'est en effet ce mode de fonctionnement qui est la source des particules sales dans le réservoir. Lorsque le temps de fonctionnement cumulé 36 atteint une valeur seuil 38, on met en oeuvre les étapes de purges qui sont décrites dans la suite et on remet le temps de fonctionnement en mode « pompe » à zéro. La valeur seuil 38 est calibrable. [0028] Pour réaliser la purge, le clapet de communication 26 est fermé pour couper la communication de fluide entre le moteur thermique 12 et le réservoir d'air comprimé 14. La vanne de purge 34 est ouverte pour faire circuler des résidus depuis le réservoir d'air comprimé 14 dans le conduit de purge 32 vers le moteur thermique 12. Des résidus issus du réservoir d'air comprimé 14 sont ainsi admis dans le cylindre 16 du moteur thermique 14. [0029] De manière préférée, la quantité de résidus à bruler dans le moteur thermique est quantifiée, par exemple en mesurant le débit de tels résidus dans le conduit de purge 32. On détermine alors la quantité de comburant à injecter dans le cylindre, en plus des résidus, pour assurer une bonne combustion des résidus au moment de l'explosion du mélange. [0030] Une fois les résidus amenés dans le cylindre 16 du moteur 12, la vanne de purge 30 est fermée. Les résidus se mélange alors à l'air d'admission du moteur thermique. Le mélange est brulé durant le cycle moteur du moteur thermique. [0031] II est ainsi possible d'éliminer les résidus du réservoir d'air comprimé. Cette opération respecte la réglementation d'émission de gaz polluants par un véhicule 30 automobile. Les résidus purgés et renvoyés vers la chambre de combustion du moteur thermique servent de catalyseur à la combustion pendant laquelle ils sont brûlés. [0032] En outre, les risques d'encrassement et de dégradation du réservoir d'air sont ainsi écartés. [0033] Un tel système de motorisation hybride thermique pneumatique peut être mis en oeuvre dans un véhicule automobile. [0034] L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits mais est susceptible de nombreuses modifications accessibles à l'homme de l'art. [0035] En particulier, le système hybride pneumatique comporte de préférence un moteur thermique comprenant plusieurs cylindres, associés chacun à un piston distinct pour définir plusieurs chambres de combustion distinctes qui sont aptes à être mises sélectivement en communication de fluide avec le réservoir d'air comprimé au moyen de soupapes de communication distinctes.