Brevet FR2988775A1 — publié le 20131004

MOTEUR A COMBUSTION A PRELEVEMENT ET REINTRODUCTION DE GAZ BRULES [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicules automobiles dans lesquels un dispositif prélève une fraction des gaz brulés et réintroduit ces gaz brulés dans une chambre de combustion. [0002] De façon connue, de tels systèmes, également appelés systèmes EGR de l'anglais Exhaust Gaz Recirculation, sont prévus pour réduire la consommation, pour réduire les émission d'oxydes d'azote, ou encore pour améliorer les performances du moteur. [0003] On connait de FR 2 920 034 le principe consistant à interposer un système de recirculation des gaz entre l'admission et l'échappement d'un ensemble piston/cylindre du moteur. [0004] Dans un tel cas, le système comporte notamment plusieurs conduits, ainsi qu'une vanne de recirculation des gaz d'échappement. La vanne met en communication une partie du système raccordée à l'échappement et une partie du système raccordée à l'admission. Ainsi, un actionnement de cette vanne permet de mettre les gaz en pression avant de les libérer dans le conduit d'admission. [0005] Ce type de système présente un inconvénient en termes de fiabilité. En effet, la vanne de recirculation comporte une partie mobile qui baigne en permanence dans des gaz brulés. Cela conduit à la création de dépôts sur cette partie mobile et empêche le bon fonctionnement de cette vanne de recirculation. [0006] On connait du document EP 0 947 689 un système dans lequel on prélève et on stocke une partie des gaz d'échappement dans un volume de réception de tels gaz. Le volume de réception est occupé par un corps poreux lequel est échauffé par les gaz d'échappement. Le carburant est injecté dans ce volume de réception avec les gaz brulés de sorte que, sous l'effet de la chaleur accumulée par le corps poreux, un mélange se crée entre carburant et gaz brulés, lequel est libéré par la suite dans le cylindre lors de la phase d'admission. [0007] On connait également de FR 2 866 388 le fait d'utiliser un réservoir de stockage intermédiaire pour y stocker une partie des gaz d'échappement avant de les réintroduire dans le cylindre. Un tel système présente cependant l'inconvénient de ne pas produire un refroidissement suffisant des gaz brulés avant leur réintroduction dans le cylindre de combustion. [0008] Un but de l'invention est de proposer un dispositif de prélèvement et de réintroduction de gaz brulés dans un cylindre de combustion lequel soit robuste tout en étant performant en termes de refroidissement des gaz. [0009] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant un cylindre de combustion, un piston circulant dans ce cylindre, une série de soupapes, un aménagement de stockage de gaz brulés et un ensemble d'actionnement des soupapes selon une séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes telle que des gaz brulés sont placés dans l'aménagement de stockage puis réintroduits dans le cylindre, caractérisé en qu'il comprend un aménagement additionnel de stockage de gaz brulés et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes est telle qu'une opération de placement des gaz brulés dans l'un des aménagements de stockage et une opération de réintroduction dans le cylindre des gaz brulés placés dans cet aménagement de stockage sont séparées entre elles par une opération de réintroduction dans le cylindre de gaz brulés provenant de l'autre des aménagements de stockage. [0010] Avantageusement, il comporte un canal d'échappement des gaz s'étendant depuis l'un au moins des aménagements de stockage en éloignement du cylindre et une vanne de circulation disposée sur ce canal d'échappement. [0011] Avantageusement, la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes est telle que le piston effectue une course d'échappement comprenant une première phase où la vanne de circulation disposée sur le canal d'échappement est ouverte et une soupape située entre le cylindre et cet aménagement de stockage est ouverte également, et une deuxième phase consécutive à la première phase dans laquelle deuxième phase la vanne de circulation est fermée et la soupape située entre le cylindre et l'aménagement de stockage est ouverte. [0012] Avantageusement, chacun des aménagements de stockage comporte une soupape située entre l'aménagement de stockage et le cylindre et un canal d'échappement de gaz en éloignement du cylindre ainsi qu'une vanne de circulation disposée sur le canal d'échappement de gaz. [0013] Avantageusement, le moteur comporte une soupape d'admission et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes est telle que la soupape d'admission est ouverte concomitamment à une réintroduction de gaz brulés dans le cylindre depuis un des aménagements de stockage. [0014] Avantageusement, au moins un des aménagements de stockage est un réservoir de stockage. [0015] Avantageusement, le moteur comprend une soupape (60,70) située entre un des aménagements de stockage et le cylindre. [0016] L'invention concerne en outre un dispositif de stockage et de ré-introduction de gaz brulés de moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant une série de soupapes, un aménagement de stockage de gaz brulés et un ensemble d'actionnement des soupapes selon une séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes telle que des gaz brulés sont placés dans l'aménagement de stockage puis réintroduits dans un cylindre de combustion, caractérisé en qu'il comprend un aménagement additionnel de stockage de gaz brulés et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes est telle qu'une opération de placement des gaz brulés dans l'un des aménagements de stockage et une opération de réintroduction dans le cylindre des gaz brulés placés dans cet aménagement de stockage sont séparées entre elles par une opération de réintroduction dans le cylindre de gaz brulés provenant de l'autre des aménagements de stockage. [0017] L'invention concerne également un procédé de stockage et de ré-introduction de gaz brulés de moteur à combustion de véhicule automobile comprenant l'étape consistant à fournir une série de soupapes, un aménagement de stockage de gaz brulés et l'étape consistant à actionner les soupapes selon une séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes telle que des gaz brulés sont placés dans l'aménagement de stockage puis réintroduits dans un cylindre de combustion, caractérisé en qu'il comprend l'étape consistant à fournir un aménagement additionnel de stockage de gaz brulés et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes est telle qu'une opération de placement des gaz brulés dans l'un des aménagements de stockage et une opération de réintroduction dans le cylindre des gaz brulés placés dans cet aménagement de stockage sont séparées entre elles par une opération de réintroduction dans le cylindre de gaz brulés provenant de l'autre des aménagements de stockage. [0018] D"autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles : - La figure 1 est une vue schématique d'un ensemble comprenant un cylindre et un piston selon un mode de réalisation de l'invention, dans une phase d'admission ; - La figure 2 est une vue schématique du même ensemble, dans une phase de d'échappement. - La figure 3 est une vue schématique du même ensemble, dans une phase d'admission distincte de celle de la figure 1. [0019] On a représenté sur la figure 1 un cylindre 10 et un piston 20 lesquels délimitent une chambre de combustion 30. Le cylindre 10 est en outre assemblé avec une culasse 40 laquelle est munie d'une série de soupapes que l'on détaillera maintenant. [0020] Une première soupape 50, ici disposée en position centrale de la culasse 40, est une soupape d'admission reliée à un canal d'arrivée d'air frais 51.Une seconde soupape, référencée 60, forme l'extrémité d'un canal 61 reliant la chambre 30 à un réservoir 62. Une troisième soupape, référencée 70, forme l'extrémité d'un canal 71 lequel relie la chambre 30 à un réservoir 72. [0021] Le cylindre 10 est donc ici relié à deux réservoirs 62 et 72 par deux canaux distincts 61 et 71 et deux soupapes distinctes 60 et 70. [0022] Les soupapes 50, 60 et 70 sont ici actionnées en ouverture et en fermeture par un ensemble d'actionnement comprenant un module de commande électronique et une série d'actionneurs électromagnétiques. En variante ces actionneurs peuvent être des actionneurs pneumatiques ou mécaniques. En variante encore l'ensemble d'actionnement des soupapes 50, 60 et 70 consiste simplement en un arbre à cames. Dans le cas d'un ensemble d'actionnement de nature électronique ou constitué d'un arbre à cames on programme le module de commande ou on oriente les cames sur l'arbre à cames pour produire une séquence d'ouvertures et fermetures de soupapes qui est, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, celle décrite ci-après. [0023] On distingue en outre sur la figure 1 une conduite d'échappement 63 sortant du réservoir 62 d'un côté du réservoir qui est opposé à celui relié au cylindre. La conduite 63 forme une conduite additionnelle au canal 61 reliant le réservoir 62 au cylindre et distincte de celui-ci. La conduite 63 s'étend en éloignement du cylindre 10. Elle est ici reliée à l'air ambiant par un circuit non représenté. Cette conduite 63 est munie d'une vanne 64, ci- après dénommée vanne de circulation, elle-même pilotée par le module de commande ou par l'arbre à cames. [0024] L'autre réservoir 72 est équipé d'une conduite d'échappement 73 distincte de la conduite 71 le reliant au cylindre 10, laquelle conduite d'échappement 73 met le réservoir 72 en liaison avec l'air ambiant. Une vanne 74 est placée sur la conduite 73, cette vanne étant elle aussi pilotée par le module de commande qui commande les soupapes 50, 60 et 70. [0025] Le cylindre 10 est ici un cylindre de moteur quatre temps, et décrit donc quatre phases consécutives qui sont respectivement des phases d'admission, de compression, de combustion et d'échappement. [0026] La figure 1 représente l'ensemble décrit ci-dessus dans la phase d'admission. Le piston 20 est cours de descente, et l'air frais pénètre dans la chambre 30 par la soupape d'admission 50 laquelle est ouverte. La soupape 60 reliée au réservoir 62 est également ouverte, de sorte que le contenu du réservoir 62 est aspiré dans la chambre 30 sous l'effet de la chute de pression due à la descente du piston 20. [0027] Suite à cette phase d'admission, le cylindre 10 est le siège d'une phase de compression non représentée, dans laquelle le piston 20 effectue une remontée jusqu'à la culasse 40 et pendant laquelle chacune des soupapes 50, 60 et 70 est fermée. [0028] Une phase suivante de combustion se produit également avec l'ensemble des soupapes fermées de sorte que l'ensemble de la puissance mécanique dégagée par la combustion est appliquée au piston 20. [0029] La phase suivante est une phase d'échappement qui sera décrite maintenant en rapport à la figure 2. Dans cette phase, la soupape d'admission 50 est fermée et la soupape 60 qui relie le cylindre 10 au réservoir 62, laquelle soupape 60 était ouverte dans la phase d'admission précédemment décrite, est à nouveau ouverte de sorte que les gaz brulés sont dirigés à nouveau vers le réservoir 62 par l'intermédiaire de la conduite 61. [0030] La figure 2 représente le piston 20 dans une première portion de sa course de remontée. La vanne de circulation 64 est ouverte au début de la phase de remontée et elle est maintenue ouverte pendant la première portion de la phase de remontée de sorte que les gaz brulés en surpression s'engagent naturellement et dès le début de la phase d'échappement dans la conduire 61 et dans le réservoir 62 lequel se trouve lui à pression ambiante grâce à l'ouverture de la vanne 64. [0031] Lorsque le piston 20 atteint une position intermédiaire choisie de sa remontée vers la culasse 40, ici lorsque le piston est à mi-course de sa remontée, le module de commande pilote la vanne 64 en fermeture tout en gardant la soupape 60 ouverte. [0032] Les gaz brulés, qui sont encore en surpression dans le cylindre 10, sont alors injectés en force dans le réservoir 62 où ils se trouvent pressurisés sous la poussée du piston 20. [0033] Le module de commande pilote la fermeture de la soupape 60 à l'arrivée du piston 20 en son point mort haut, enfermant ainsi les gaz brulés dans le réservoir 62. [0034] La phase d'admission consécutive, représentée sur la figure 3, est différente de celle décrite en référence à la figure 1. La soupape d'admission 50 est certes ouverte à nouveau, mais la soupape 60 reliant le cylindre 10 au réservoir 62 qui vient d'être rempli est conservée dans un état de fermeture pendant cette phase d'admission. Les gaz brulés sont conservés dans le réservoir 62 pendant toute cette phase d'admission et également pendant les phases de compression, de combustion et d'échappement qui vont suivre. Les gaz brulés qui viennent d'être stockés dans le réservoir 62 restent donc enfermés dans ce réservoir pendant un cycle complet consécutif à leur enfermement dans le réservoir 62. [0035] Au contraire, lors de cette phase d'admission représentée à la figure 3, la soupape 70 reliant le cylindre 10 au réservoir 72 est, elle, ouverte, de sorte que les gaz brulés et stockés dans le réservoir 72 dans une phase d'échappement antérieure à celle décrite ci-dessus sont maintenant aspirés dans la chambre 30. [0036] De la même façon que décrit précédemment en rapport au réservoir 62, le réservoir 72 va être rempli lors d'une phase d'échappement consécutive à la présente phase d'admission ayant occasionné son vidage, et le réservoir 72 sera ensuite mis en attente pendant un cycle complet tandis que le réservoir 62 sera utilisé en vidage puis remplissage pendant ce cycle d'attente imposé au réservoir 72. Le remplissage du réservoir 72 se fait de la même façon que précédemment décrit en référence au réservoir 62, par une ouverture de la vanne 74 pendant une première partie de la remontée du piston puis fermeture de cette vanne pour mise en pression des gaz dans le réservoir 72. [0037] Cette mise en attente des gaz brulés dans le réservoir 72 permet au gaz stocké dans le réservoir de se refroidir de manière nettement plus importante que si ce gaz était réintroduit immédiatement dans le cylindre. De manière connue en soi, le refroidissement des gaz brulés avant leur réintroduction dans le cylindre est bénéfique pour le fonctionnement du moteur et notamment permet de réduire notablement les rejets en substances nocives et notamment en oxyde d'azote. [0038] Dans le présent exemple, les réservoirs 62 et 72 sont le siège d'un refroidissement naturel des gaz brulés qui y sont stockés. En variante, les réservoirs peuvent être équipés d'un échangeur de chaleur, par exemple un échangeur hydraulique ou à air, lequel accélère le refroidissement des gaz pendant leur mise en attente. [0039] Chaque réservoir stocke ici de manière alternée une réserve de gaz brulés pendant que l'autre réservoir est mis à profit pour réintroduire des gaz brulés dans le cylindre. Le fait d'utiliser ainsi les deux réservoirs de manière alternée permet de jouir d'une période de repos pour chaque réservoir laquelle permet un refroidissement optimal des gaz brulés dans ce réservoir avant de réintroduire ces gaz brulés dans le cylindre. [0040] On a décrit ici un mode de réalisation comprenant deux réservoirs. En variante, le cylindre 10 peut être associé à un nombre plus élevé de réservoirs lesquels sont utilisés de telle façon qu'un réservoir stocke du gaz brulé pendant que les autres réservoirs sont vidés puis remplis à nouveau et eux même placés ensuite en attente.35 REVENDICATIONS: 1. Moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant un cylindre de combustion (10), un piston (20) circulant dans ce cylindre (10), une série de soupapes (50,60,70), un aménagement de stockage (62) de gaz brulés et un ensemble d'actionnement des soupapes selon une séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) telle que des gaz brulés sont placés dans l'aménagement de stockage (62) puis réintroduits dans le cylindre (10), caractérisé en qu'il comprend un aménagement additionnel (72) de stockage de gaz brulés et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) est telle qu'une opération de placement des gaz brulés dans l'un des aménagements de stockage (62,72) et une opération de réintroduction dans le cylindre (10) des gaz brulés placés dans cet aménagement de stockage (62,72) sont séparées entre elles par une opération de réintroduction dans le cylindre (10) de gaz brulés provenant de l'autre des aménagements de stockage (62,72). 2. Moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un canal d'échappement (63,73) des gaz s'étendant depuis l'un au moins des aménagements de stockage (62,72) en éloignement du cylindre (10) et une vanne de circulation (64,74) disposée sur ce canal d'échappement (63,73). 3. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) est telle que le piston (20) effectue une course d'échappement comprenant une première phase où la vanne de circulation (64,74) disposée sur le canal d'échappement (63,73) est ouverte et une soupape (60,70) située entre le cylindre (10) et cet aménagement de stockage (62,72) est ouverte également, et une deuxième phase consécutive à la première phase dans laquelle deuxième phase la vanne de circulation (64,74) est fermée et la soupape (60,70) située entre le cylindre (10) et l'aménagement de stockage (62,72) est ouverte. 4. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacun des aménagements de stockage (62,72) comporte une soupape (60,70) située entre l'aménagement de stockage (62,72) et le cylindre (10) et un canal d'échappement de gaz (63,73) en éloignement du cylindre (10) ainsi qu'une vanne de circulation (64,74) disposée sur le canal d'échappement de gaz (63,73). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape d'admission (50) et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) est telle que la soupape d'admission (50) est ouverteconcomitamment à une réintroduction de gaz brulés dans le cylindre (10) depuis un des aménagements de stockage (62,72). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des aménagements de stockage (62,72) est un réservoir de stockage (62,72). 7. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape (60,70) située entre un des aménagements de stockage (62,72) et le cylindre (10). 8. Dispositif de stockage et de ré-introduction de gaz brulés de moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant une série de soupapes (50,60,70), un aménagement de stockage (62) de gaz brulés et un ensemble d'actionnement des soupapes selon une séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) telle que des gaz brulés sont placés dans l'aménagement de stockage (62) puis réintroduits dans un cylindre de combustion (10), caractérisé en qu'il comprend un aménagement additionnel (72) de stockage de gaz brulés et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) est telle qu'une opération de placement des gaz brulés dans l'un des aménagements de stockage (62,72) et une opération de réintroduction dans le cylindre (10) des gaz brulés placés dans cet aménagement de stockage (62,72) sont séparées entre elles par une opération de réintroduction dans le cylindre (10) de gaz brulés provenant de l'autre des aménagements de stockage (62,72). 9. Procédé de stockage et de ré-introduction de gaz brulés de moteur à combustion de véhicule automobile comprenant l'étape consistant à fournir une série de soupapes (50,60,70), un aménagement de stockage (62) de gaz brulés et l'étape consistant à actionner les soupapes selon une séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) telle que des gaz brulés sont placés dans l'aménagement de stockage (62) puis réintroduits dans un cylindre de combustion (10), caractérisé en qu'il comprend l'étape consistant à fournir un aménagement additionnel (72) de stockage de gaz brulés et la séquence d'ouvertures et de fermetures des soupapes (50,60,70) est telle qu'une opération de placement des gaz brulés dans l'un des aménagements de stockage (62,72) et une opération de réintroduction dans le cylindre (10) des gaz brulés placés dans cet aménagement de stockage (62,72) sont séparées entre elles par une opération de réintroduction dans le cylindre (10) de gaz brulés provenant de l'autre des aménagements de stockage (62,72).35