Brevet FR2984411A1 — publié le 20130621

GROUPE MOTOPROPULSEUR POUR VEHICULE AUTOMOBILE pool La présente invention concerne un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile et un véhicule automobile comportant un tel groupe motopropulseur. L'invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d'un tel groupe motopropulseur. [0002] Dans le domaine de l'automobile, il existe des groupes motopropulseurs comportant des moteurs à combustion interne de différents fonctionnements. Parmi ces fonctionnements, un moteur à combustion interne, comportant notamment un piston coulissant dans un cylindre, peut mettre en oeuvre un cycle de fonctionnement décomposé en quatre phases : l'admission, la compression, la détente et l'échappement. Lorsque le cycle de fonctionnement implique deux allers-retours du piston dans le cylindre, soit quatre déplacements linéaires, pour être mis en oeuvre, le moteur à combustion interne est dit à quatre temps. [0003] II est connu un groupe motopropulseur comportant un moteur à combustion interne à quatre temps dont le cycle de fonctionnement est scindé en deux, c'est-à-dire que les phases d'admission et de compression, d'une part, et les phases de détente et d'échappement, d'autre part, sont réalisées dans des chambres différentes. Ce type de moteur à combustion interne se retrouve notamment sous l'appellation de moteur « Scuderi ». [0004] WO-A2-2007081445 décrit un moteur « Scuderi » amélioré, tel qu'illustré sur la figure 1. Le moteur de la figure 1 est un moteur à combustion interne 32 comportant une première chambre 20 et une deuxième chambre 24 en communication de fluide avec la première chambre 20. La première chambre 20 est formée par un premier piston 22 et un premier cylindre (non représenté). Tandis que la deuxième chambre 24 est formée par un deuxième piston 26 et un deuxième cylindre (non représenté). Les premier et deuxième pistons 22 et 26 sont reliés à un vilebrequin 28 afin de permettre sa rotation. L'amélioration du moteur « Scuderi » consiste en un réservoir 30 disposé en communication de fluide avec la première et la deuxième chambre 20 et 24. Le cycle de fonctionnement de ce moteur débute par l'admission d'air dans la première chambre 20. Le mouvement du premier piston 22 dans le premier cylindre permet la compression de l'air qui est ensuite injecté dans la deuxième chambre 24 en passant, ou non, selon les modes de fonctionnement, par le réservoir 30. Le mouvement du deuxième piston 26 dans le deuxième cylindre, combiné à un allumage dans le cas d'un moteur à combustion interne à essence, permet la combustion de l'air et du carburant présent dans la deuxième chambre 24. Ainsi la combustion de l'air et du carburant se produit à chaque déplacement du deuxième piston 26 contrairement aux moteurs à combustion interne à quatre temps classiques où la combustion ne se produit qu'une fois tous les deux déplacements du piston vers la première position. Les gaz d'échappement, ou gaz issus de la combustion, sont ensuite évacués de la deuxième chambre 24. [0005] L'inconvénient majeur de cette solution est le rendement global du moteur à combustion interne 32. Malgré la combustion de l'air et du carburant à chaque déplacement du deuxième piston 26, lors de la compression de l'air dans la première chambre 20, un couple résistant, s'opposant au mouvement du vilebrequin 28, est transmis au vilebrequin 28 par le premier piston 22. Le vilebrequin 28 est ainsi freiné dans son mouvement par le premier piston 22. Un effort supplémentaire est nécessaire au vilebrequin 28 pour atteindre les exigences de fonctionnement du moteur à combustion interne 32, se traduisant par une augmentation de la consommation en carburant. Le rendement du moteur à combustion interne 32, et par conséquent du groupe motopropulseur, en est affecté. Le fonctionnement du groupe motopropulseur implique donc une consommation supplémentaire de carburant entraînant une pollution résultante excessive ne s'accordant pas avec les exigences actuelles de diminution de la pollution. [0006] II existe donc un besoin pour un groupe motopropulseur ayant un meilleur rendement et, par conséquent, une consommation de carburant réduite. [0007] Pour cela, l'invention propose un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne muni d'une chambre de combustion délimitée par un cylindre fermé à une extrémité et un piston, apte à se déplacer dans le cylindre entre une première position, dans laquelle le volume de la chambre de combustion est minimal, et une deuxième position, dans laquelle le volume de la chambre de combustion est maximal, et un système de compression de l'air alimentant la chambre de combustion, le moteur à combustion interne étant adapté à alimenter en air comprimé la chambre de combustion lorsque le piston est sensiblement dans la première position, caractérisé en ce que le système de compression est adapté à être entrainé par de l'énergie fournie par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. [000s] Selon une variante, le groupe motopropulseur comporte un réservoir disposé entre le moteur à combustion interne et le système de compression, pour stocker l'air comprimé par le système de compression. [0009] Selon une variante, le système de compression est adapté à être entraîné par l'énergie thermique des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. [0olo] Selon une variante, le système de compression comporte un moteur à combustion externe et un compresseur adapté à être entraîné par le moteur à combustion externe. [0011] Selon une variante, le système de compression comporte un compresseur auxiliaire disposé en parallèle du compresseur et adapté à alimenter la chambre de combustion en air comprimé. [0012] Selon une variante, le système de compression comporte des moyens 20 sélectivement activables de mise en communication de fluide du compresseur (58) ou du compresseur auxiliaire avec la chambre de combustion, et des moyens de commutation du compresseur auxiliaire. [0013] Selon une variante, le compresseur auxiliaire est adapté à être entraîné par un moteur électrique. 25 [0014] Selon une variante, les moyens sélectivement activables sont adapté à mettre en communication de fluide le compresseur auxiliaire avec la chambre de combustion lors du démarrage du véhicule automobile. [0015] L'invention propose également un véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes. [0016] L'invention propose en outre un procédé de fonctionnement d'un groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à injecter l'air comprimé dans la chambre de combustion lorsque le piston est dans la première position, évacuer les gaz d'échappement de la chambre de combustion lorsque le piston se déplace de la deuxième position vers la première position, et récupérer l'énergie fournie par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne pour entraîner le système de compression. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, un moteur à combustion interne connu à quatre temps scindés et répartis sur une paire de pistons ; - figures 2 et 3, un groupe motopropulseur tel que proposé comportant un moteur à combustion interne et un système de compression adapté à alimenter le moteur à combustion interne en air comprimé. [0018] L'invention se rapporte à un groupe motopropulseur pour un véhicule automobile et également à un véhicule automobile comportant un tel groupe motopropulseur. L'invention concerne indifféremment les groupes motopropulseurs comportant des motorisations essence ou diesel. [0019] Le groupe motopropulseur comporte un moteur à combustion interne muni d'une chambre de combustion. La combinaison d'un cylindre et d'un piston se déplaçant dans le cylindre délimite la chambre de combustion. Le piston se déplace dans le cylindre entre une première position et une deuxième position. Le volume de la chambre de combustion est minimal lorsque le piston est dans première position et maximal lorsque le piston est dans la deuxième position. Le groupe motopropulseur comporte en outre un système de compression permettant de comprimer l'air admis dans la chambre de combustion. Le système de compression est adapté à injecter de l'air comprimé dans la chambre de combustion lorsque le piston est dans la première position. La combustion du carburant et de l'air comprimé présents dans la chambre de combustion, le cas échéant par la combinaison d'un allumage, provoque la détente des gaz d'échappement. Le piston est alors déplacé de la première position à la deuxième position. L'allumage peut par exemple être mis en oeuvre par une bougie. A la montée du piston de la deuxième position vers la première position, les gaz d'échappement sont évacués de la chambre de combustion. L'énergie fournie par ces gaz d'échappement est ensuite utilisée pour entrainer le système de compression. La conservation d'un cycle de fonctionnement scindé, se traduisant par une combustion à chaque passage du piston dans la première position, permet au moteur à combustion interne de conserver un fort rendement. De plus, le système de compression de l'air est dissocié du moteur à combustion interne. L'air comprimé étant injecté dans la chambre de combustion quand le piston est dans la première position, la phase de compression de l'air ne freine pas le mouvement initié par le piston. Le rendement du moteur à combustion interne est ainsi augmenté. En outre, un gain supplémentaire est obtenu par le recyclage de l'énergie fournie par les gaz d'échappement pour entraîner le système de compression. La consommation de carburant est ainsi diminuée, notamment de plus de 35% à cylindrée équivalente, et la pollution résultante limitée. [0020] L'invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement du groupe motopropulseur comportant les étapes précédemment décrites d'injection de l'air comprimé dans la chambre de combustion lorsque le piston est à la première position, d'évacuation des gaz d'échappement lorsque le piston se déplace de la deuxième position vers la deuxième position, et de récupération de l'énergie fournie par les gaz d'échappement pour entraîner le système de compression. [0021] Le groupe motopropulseur et son procédé de fonctionnement sont illustrés avec l'utilisation d'un moteur à combustion à quatre temps mais peuvent être mis en oeuvre avec tout type de moteur à combustion interne. [0022] Dans un mode de réalisation, tel qu'illustré sur la figure 2, un groupe motopropulseur 40 comporte un moteur à combustion interne 42 relié à un système 2 9 8 4 4 1 1 6 de compression 44 par un collecteur d'admission 48 et un collecteur d'échappement 50. Le collecteur d'échappement 50 du moteur à combustion interne 42 communique avec le système de compression 44 et la ligne d'échappement 60. Un réservoir 46 est disposé en série sur le collecteur 5 d'admission 48, entre le moteur à combustion interne 42 et le système de compression 44. Le système de compression 44 alimente le réservoir 46 en air comprimé. Le réservoir 46 injecte ensuite l'air comprimé dans la chambre de combustion en fonction des besoins du moteur à combustion interne 42. La quantité d'air comprimé injectée dans la chambre de combustion et le moment où l'air 10 comprimé y est injecté sont ainsi plus facilement contrôlables. [0023] Selon un mode de réalisation, le système de compression 44 est adapté à être entraîné par l'énergie thermique des gaz d'échappement. Un moteur à combustion externe 52, par exemple du type « Stirling », est disposé en communication de fluide avec le collecteur d'échappement 50 et un compresseur 15 58. Le moteur à combustion externe 52 comporte une partie chaude 56 et une partie froide 54. La partie chaude 56 est placée de façon à récupérer l'énergie thermique des gaz d'échappement. La partie froide 54 est disposée de façon à être en contact avec l'air ambiant. De préférence, la partie froide 54 est disposée sous le véhicule automobile pour bénéficier de l'écoulement de l'air lors du déplacement du 20 véhicule automobile. Le différentiel de température entre la partie chaude 56 et la partie froide 54 permet de mettre en mouvement le moteur à combustion externe 52. Le moteur à combustion externe 52 peut ensuite entraîner mécaniquement le compresseur 58 ou, fonctionnant en génératrice, alimenter un moteur électrique entraînant le compresseur 58. 25 [0024] Tel qu'illustré sur la figure 3, un compresseur auxiliaire 62 peut être disposé dans le système de compression 44, en parallèle du compresseur 58. Le compresseur auxiliaire 62 est entraîné par un moteur électrique (non représenté) alimenté par une batterie 68 appartenant au véhicule automobile. Le compresseur auxiliaire 62 ainsi que le compresseur 58 peuvent par exemple être du type à 30 turbine, à palette, à vis ou encore spirale. La batterie 68 est de préférence une batterie classique utilisée sur les véhicules automobile actuels. Des moyens de commutation 66 disposés en série dans un circuit électrique reliant le moteur électrique à la batterie 68 permettent la rupture de l'alimentation du moteur électrique. Des moyens sélectivement activables 64 disposés dans le collecteur d'admission 48 entre le compresseur 58 et le compresseur auxiliaire 62 permettent de mettre en communication le collecteur d'admission 48 avec le compresseur 58 5 ou le compresseur auxiliaire 62. De préférence, les moyens sélectivement activables comporte une électrovanne. Les moyens de commutation 66 et les moyens sélectivement activables 64 sont commandés par un calculateur (non représenté) en fonction d'une grandeur physique prédéterminée qui peut notamment être la température des gaz d'échappement, la pression de l'air ou le 10 régime du moteur à combustion externe 52. [0025] De préférence, le compresseur auxiliaire 62 est utilisé lors du démarrage du véhicule automobile. En effet, au démarrage du véhicule automobile, les gaz d'échappement ne sont pas assez chauds pour permettre au moteur à combustion externe 52 un entraînement optimal du compresseur 58. Ainsi, jusqu'à ce que l'air 15 comprimé issu du compresseur 58 et l'air comprimé issu du compresseur auxiliaire 62 aient une pression égale, les moyens de commutation 66 permettent à la batterie 68 d'alimenter le moteur électrique entraînant le compresseur auxiliaire 62. Tandis que les moyens sélectivement activables 64 mettent en communication de fluide le compresseur auxiliaire 62 avec le réservoir 46, et par conséquent ferment 20 la communication de fluide entre le compresseur 58 et le réservoir 46. Le compresseur 58 et le compresseur auxiliaire 62 sont ainsi complémentaires. [0026] Le compresseur 58 et le compresseur auxiliaire 62 peuvent alimenter directement la chambre de combustion ou, comme décrit précédemment, alimenter la chambre de combustion par l'intermédiaire du réservoir 46. L'utilisation du 25 compresseur auxiliaire 62 permet d'améliorer le fonctionnement du moteur à combustion interne 42 au démarrage et ainsi d'augmenter son rendement. La consommation de carburant et la pollution résultante sont ainsi diminuées. [0027] Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci- avant. Ainsi, le moteur à combustion externe 52 peut être remplacé par tout autre 30 moyen accessible à l'homme de l'art permettant de récupérer de l'énergie fournie par les gaz d'échappement pour entraîner le compresseur 58. De la même façon, le compresseur auxiliaire 62 et le moteur électrique associé peuvent être remplacés par tout autre moyen accessible à l'homme de l'art permettant la compression de l'air en parallèle du compresseur 58. [0028] L'invention se rapporte en outre à un véhicule automobile comportant un châssis sur lequel est disposé un groupe motopropulseur tel que décrit ci-avant. Des roues sont disposées sur le châssis pour permettre au châssis d'avoir un mouvement par rapport au sol. Le véhicule automobile comporte en outre un réservoir permettant le stockage du carburant alimentant, lors de son fonctionnement, le moteur à combustion interne du groupe motopropulseur. Le moteur à combustion interne transmet son mouvement à une boîte de vitesse par l'intermédiaire d'un embrayage. Un arbre de transmission est relié à la boîte de vitesse pour permettre la transmission du mouvement à un différentiel. Enfin, le différentiel transmet aux roues son mouvement pour permettre l'entraînement du véhicule automobile. Des organes de direction sont en outre reliés aux roues pour permettre l'orientation du véhicule automobile lors de son déplacement.