Brevet FR3006006A1 — publié le 20141128

DISPOSITIF SEPARE DE RECIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] L'invention concerne un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de recirculation de gaz d'échappement. [0002] Le document US-A-2009/0308070 décrit un concept de moteur à combustion interne avec allumage commandé où un cylindre est dédié entièrement à la recirculation de ses gaz d'échappement à l'admission. Ce cylindre est enrichi afin d'engendrer une production d'hydrogène, augmentée par réaction chimique grâce à un catalyseur situé sur la ligne de recirculation des gaz d'échappement. L'hydrogène permet au moteur d'avoir une bonne combustion et de supporter des taux de compression élevés, comparés à ceux de moteurs conventionnels (plus de 13 : 1 contre 11 : 1 maximal en conventionnel). L'avantage en est que plus le taux de compression est élevé, plus le rendement du moteur est bon. Ce concept permet donc d'augmenter le rendement du moteur et de baisser ainsi la consommation de carburant. [0003] Cependant, les combustions qui se déroulent respectivement dans des cylindres dédiés à la recirculation des gaz d'échappement (par la suite : EGR pour « Exhaust Gas Recirculation » en anglais) et dans les autres cylindres n'étant pas complètement identiques, un déséquilibre est créé en ce qui concerne les énergies que fournissent les cylindres au vilebrequin. De plus, la différence entre les combustions de ces deux types de cylindres nécessiterait, pour obtenir un fonctionnement optimal du moteur, des vitesses différentes, ce qui est impossible à réaliser puisqu'ils fournissent leur énergie au même vilebrequin. Il en résulte une contrainte supplémentaire pour la gestion de la combustion. [0004] Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients énoncés ci-avant. [0005] Le but de l'invention est atteint avec un moteur suralimenté à combustion interne ayant une pluralité de cylindres et étant équipé d'un turbocompresseur engendrant la suralimentation, le moteur étant également équipé d'une turbomachine comportant deux roues à aubes montées sur un même axe et délimitant entre elles une chambre de combustion, ainsi qu'une entrée d'air frais et une sortie de gaz brulés, la sortie de gaz brulés étant reliée à une entrée du turbocompresseur. [0006] L'invention concerne également les caractéristiques ci-après, considérées isolément ou en combinaison : - l'axe de la turbomachine comporte des moyens permettant de prélever à la turbomachine de l'énergie mécanique ; - les moyens sont situés du côté de la sortie des gaz brûlés de la turbomachine ; - les moyens relient l'axe de la turbomachine à l'axe du turbocompresseur ; - les moyens comprennent un générateur d'électricité ; - les moyens relient l'axe de la turbomachine au vilebrequin du moteur ; - le moteur comprend une transmission reliant les moyens au vilebrequin du moteur et permettant de faire tourner en rotation les moyens et le vilebrequin à des vitesses différentes. [0007] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation en référence aux dessins annexés dont - la figure 1 rappelle le principe d'un moteur suralimenté avec EGR et - la figure 2 représente un moteur selon un mode de réalisation de l'invention. [0008] La figure 1 représente, au titre d'un exemple d'un moteur suralimenté traditionnel, un moteur 1 ayant quatre cylindres 2, 3, 4, 5, un bloc unique d'admission 6 pour les quatre cylindres, un collecteur de gaz d'échappement 7 pour les cylindres 2 à 4, et un conduit d'échappement 8 pour l'acheminement des gaz d'échappement du cylindre 5 vers un catalyseur 9 à partir duquel ces gaz d'échappement sont recirculés par un conduit 10 vers un dispositif de refroidissement 11 pour être mélangés avec de l'air frais et, ensuite, réintroduits dans le moteur 1. [0009] L'air frais est amené par un conduit 12 venant d'un compresseur 13 entraîné par une turbine 14 qui, elle, est entraînée par les gaz d'échappement sortant des trois cylindres 2 à 4 non dédiés à la recirculation de leurs gaz d'échappement. Ces gaz d'échappement sont évacués par un système catalytique 15. [0010] Comme cela est visible par la comparaison de la Figure 2, qui représente un moteur 101 selon l'invention, avec la Figure 1, la solution proposée par la présente invention consiste à mettre à la place du cylindre 5 entièrement dédié à la recirculation de ses gaz d'échappement, une turbomachine 17. La turbomachine 17 qui est alimenté en air frais et en carburant indépendamment des cylindres 2 à 4 du moteur 101, produit par combustion des gaz brûlés qui sont acheminés vers un mélangeur 18 où ils sont mélangés avec de l'air frais et introduits dans le compresseur 13. Un catalyseur 16 sur le conduit en sortie de la turbomachine 17 sert à la production supplémentaire d'hydrogène. Le mélangeur 18, qui est optionnel, sert à homogénéiser l'air frais avec les gaz brûlés. Ce mélange, lorsqu'il sort du compresseur 13, est réintroduit dans les cylindres 2 à 4 du moteur 101. [0011] Selon une variante de réalisation de l'invention, on peut aussi, en pilotant la quantité d'air qui passe dans une ou l'autre branche, venir modifier le taux de recirculation 10 des gaz d'échappement. [0012] La turbomachine 17 comporte deux roues à aubes 171, 172 montées sur un même axe 173 et délimitant entre elles une chambre de combustion 174, ainsi qu'une entrée d'air frais 175 et une sortie de gaz brulés 176, la sortie de gaz brulés 176 étant reliée à une entrée 131 du compresseur 13. 15 [0013] La turbomachine 17 est alimentée en air frais par un conduit 19 et en carburant par des injecteurs 177. Dans l'exemple représenté, le conduit 19 alimente également le mélangeur 18 et donc le moteur 101. Toutefois, le conduit 19 est conçu de façon à ce que, comme déjà indiqué plus haut, l'alimentation en air frais de la turbomachine 17 soit indépendante de, c'est-à-dire sans interaction avec, l'alimentation du moteur 101. 20 [0014] Selon le principe classique d'un turbopropulseur, l'air frais entrant dans la turbomachine 17 est comprimé par la première roue à aubes 171 avant d'être mélangé au carburant. La roue 171 est montée sur un même axe 173 avec la seconde roue à aubes 172 et est en conséquence entraînée en rotation par cette dernière. La seconde roue 172 est entraînée en rotation par les gaz brûlés sortant de la chambre de combustion 174. 25 [0015] Afin de pouvoir récupérer au moins une partie de l'énergie mécanique de la turbomachine 17, l'axe 173 comporte des moyens 178 permettant de prélever l'énergie mécanique pour diverses utilisations telles que, par exemples, l'entraînement du compresseur 13, l'entraînement d'un générateur d'électricité ou d'un autre appareil accessoire. Ces moyens 178 peuvent se présenter, par exemple, sous la forme d'un arbre 30 mené sortant de la turbomachine 17 du côté de la sortie 176 des gaz brûlés ou sous la forme d'une prise mécanique, dépassant ou non de la turbomachine, permettant d'y accoupler l'axe du compresseur 13 ou tout axe d'un autre appareil que l'on souhaite faire entraîner par la turbomachinel7. [0016] Encore un autre exemple pour l'utilisation de l'énergie mécanique de la turbomachine 17 est de raccorder les moyens 178 au vilebrequin du moteur 101, et cela de préférence par une transmission permettant de faire tourner en rotation l'arbre 178 et le vilebrequin à des vitesses différentes. [0017] Etant donné que l'on récupère l'énergie mécanique de la turbomachine 17 sur la turbine 172, on a en sortie de la turbomachine 17 des gaz brûlés à une température et à une pression peu élevées. [0018] Le dispositif de l'invention apporte l'avantage de pouvoir être appliqué à tout moteur sans modification de la structure de ce dernier. Ainsi, on peut ajouter à un tel moteur un dispositif de recirculation des gaz d'échappement sortant d'une machine entièrement dédiée à la recirculation de ses gaz d'échappement. De plus, cette solution n'affecte pas l'équilibre du vilebrequin. Et, enfin, sans être exhaustif dans l'énumération des avantages de l'invention, la production d'hydrogène est plus aisée du fait qu'il n'y a pas de lien direct entre le fonctionnement de la turbomachine et celui du moteur. REVENDICATIONS1. Moteur suralimenté à combustion interne (1) ayant une pluralité de cylindres (2 à 4) et étant équipé d'un turbocompresseur (13, 14) engendrant la suralimentation, caractérisé en ce que le moteur (1) est également équipé d'une turbomachine (17) comportant deux roues à aubes (171, 172) montées sur un même axe (173) et délimitant entre elles une chambre de combustion (174), ainsi qu'une entrée d'air frais (175) et une sortie de gaz brulés (176), la sortie de gaz brulés (176) étant reliée à une entrée (131) du turbocompresseur (13, 14). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (173) de la turbomachine (17) comporte des moyens (178) permettant de prélever à la turbomachine (17) de l'énergie mécanique. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (178) sont situés du côté de la sortie des gaz brûlés (176) de la turbomachine. 4. Moteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (178) relient l'axe (173) de la turbomachine (17) à l'axe du turbocompresseur (13, 14). 5 Moteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (178) comprennent un générateur d'électricité. 6. Moteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (178) relient l'axe (173) de la turbomachine (17) au vilebrequin du moteur (101). 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une transmission reliant les moyens (178) au vilebrequin du moteur (101) et permettant de faire tourner en rotation les moyens (178) et le vilebrequin à des vitesses différentes.