Brevet FR3009845A1 — publié le 20150227

MOTEUR A COMBUSTION A TURBOCOMPRESSEUR ET REINTRODUCTION DE GAZ D'ECHAPPEMENT [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicules automobiles 5 dotés d'un système de recirculation des gaz d'échappement issus d'au moins un cylindre vers l'admission d'air des cylindres. [0002] De tels systèmes sont bien connus sous le sigle EGR correspondant à la locution anglo-américaine Exhaust Gaz Recirculation. On a notamment proposé, dans les moteurs à plusieurs cylindres, de dédier un cylindre à la recirculation des 10 gaz d'échappement, les gaz d'échappement de ce cylindre étant totalement réintroduits dans le collecteur d'admission du moteur. Dans de tels moteurs, les gaz d'échappement réintroduits à l'admission sont typiquement chargés en gaz dihydrogène du fait d'un fonctionnement dans lequel le ou les cylindres dont on réintroduit les gaz d'échappement fonctionnent avec un mélange air-carburant de 15 type riche. De tels moteurs sont connus sous l'appellation D-EGR pour Dedicated Exhaust Gaz Recirculation en anglais ou à système dédié de réintroduction ou recirculation de gaz d'échappement en français. [0003] Le concept D-EGR permet de générer des gaz EGR dopés en hydrogène en faisant fonctionner un cylindre en mode riche, avantageusement une richesse 20 de l'ordre de 1,5. Cet hydrogène permet d'améliorer la stabilité de la combustion et donc la tolérance à l'EGR. Le moteur D-EGR permet de réduire les pertes par pompage à l'admission du moteur pour les points de charge partielle, et de repousser la limite à partir de laquelle apparait un cliquetis pour les points de pleine charge. Il est avantageux d'avoir une machine de suralimentation 25 suffisamment performante pour rétablir le débit d'air nécessaire et ainsi conserver voire augmenter les performances du moteur. [0004] Les turbocompresseurs sont exposés à un risque de comportement spécifique du compresseur, à savoir le pompage du compresseur. Le pompage du compresseur est initié par une variation de l'écoulement au niveau des aubes du 30 compresseur et notamment de l'angle d'incidence de l'air. En termes d'écoulement, cette variation aboutit au décollement de la couche limite, à une 3009 84 5 2 restriction de la section de passage entre deux aubes, puis, dans l'étage du compresseur, et à une réduction voire une inversion brutale des débits, l'effort communiqué au fluide ne compensant plus le gradient de pression. On constate également une oscillation du débit d'air en amont et en aval ce qui génère un bruit caractéristique. [0005] Ce risque est encore accru dans le cas d'un moteur à recirculation de gaz d'échappement, et encore plus spécifiquement dans le cas d'une recirculation à cylindre dédié. [0006] En effet, de par l'architecture d'un moteur D-EGR, le gaz d'échappement réintroduit est délivré à une fréquence beaucoup plus faible que sur un moteur classique. En effet la bouffée de gaz d'échappement réintroduit est délivrée en seulement x pulsations, x étant le nombre de cylindres dédiés, sur y points morts hauts, y étant le nombre de cylindres. Il en résulte un comportement spécifique en termes de débit à l'admission. Il en résulte notamment une réduction du débit sortie du compresseur liée à l'apparition d'un débit discontinu des gaz réintroduits. Il s'en suit une dégradation acoustique par l'apparition de bruits ressemblant à des aboiements, audibles par le conducteur, et un endommagement du système de palier du turbocompresseur pouvant conduire à un phénomène de départ sur l'huile si le système de palier n'est pas suffisamment renforcé. [0007] Le but de l'invention est d'éviter de tels disfonctionnements d'un compresseur de suralimentation liés à la réintroduction de gaz d'échappement à l'admission. [0008] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement comprenant plusieurs cylindres de combustion, un organe d'admission d'air frais en direction d'un ou plusieurs cylindres et une ligne de réintroduction de gaz d'échappement depuis au moins un cylindre de combustion dans l'organe d'admission, le moteur comportant en outre un compresseur de suralimentation et un mélangeur disposé de manière à mélanger un flux d'air comprimé émis par le compresseur avec un flux de gaz d'échappement émis par le dit au moins un cylindre et véhiculé par la ligne de réintroduction de gaz d'échappement, le moteur étant caractérisé en ce qu'il comporte une conduite de jonction véhiculant un flux d'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation jusqu'à un piquage placé sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement lequel piquage est situé en amont du mélangeur. [0009] Avantageusement, le moteur comporte une vanne disposée de telle sorte que dans une position de jonction de la vanne la conduite de jonction véhicule de l'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation jusqu'au dit piquage et dans une position de non-jonction de la vanne la conduite de jonction ne véhicule pas d'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation jusqu'au dit piquage. [0010] Avantageusement, le moteur comporte un module de pilotage de la vanne de jonction lequel module de pilotage commande la vanne de jonction de telle sorte que la vanne de jonction change de position de manière cyclique de manière synchrone avec les cycles du moteur, la vanne de jonction prenant une position de jonction lors d'une phase du cycle du moteur où une bouffée de gaz d'échappement est émise par ledit au moins un cylindre, et la vanne de jonction prenant une position de non jonction lors d'une phase du cycle du moteur où des bouffées de gaz échappement sont émises par un ou des autres cylindres du moteur dont les gaz d'échappement ne sont pas réintroduits dans l'organe d'admission. [0011] Avantageusement, le moteur comporte un module de pilotage de la vanne de jonction lequel module de pilotage commande la vanne de jonction de telle sorte que la vanne de jonction n'adopte sa position de jonction que dans une ou des gamme(s) pré-établie(s) de fonctionnement du moteur. [0012] Avantageusement, la ligne de réintroduction de gaz d'échappement comporte un catalyseur de production d'hydrogène et ledit piquage de la conduite de jonction sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement se situe en amont du catalyseur de production d'hydrogène. [0013] Avantageusement, la ligne de réintroduction de gaz d'échappement 30 comporte un refroidisseur de gaz d'échappement et ledit piquage de la conduite de jonction (100) sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement est disposé en amont du refroidisseur de gaz d'échappement. [0014] Avantageusement, la conduite de jonction est équipée d'un organe antiretour lequel empêche un déplacement de gaz dans un sens allant dudit au moins 5 un cylindre vers le compresseur de suralimentation. [0015] Avantageusement, les gaz d'échappement dudit au moins un cylindre sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission. [0016] Avantageusement, le moteur comporte un seul cylindre dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission. 10 [0017] Avantageusement, ledit au moins un cylindre dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission est un cylindre à fonctionnement à richesse supérieure à 1 de sorte qu'il produit des gaz d'échappement chargés en hydrogène. [0018] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la 15 lecture de la description qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée qui représente un moteur selon un mode de réalisation de l'invention. [0019] Le moteur représenté sur la figure annexée comporte un bloc-moteur muni de quatre cylindres 11, 12, 13, 14. Le moteur comporte en outre un répartiteur d'admission 20 débouchant dans chacun des cylindres 11, 12, 13 14 par une 20 conduite d'admission respective 21, 22, 23, 24. Un collecteur d'échappement 30 collecte les gaz d'échappement émanant de chacun des cylindres 11, 12 et 13. [0020] Le cylindre 14 est associé à une conduite 40 de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission. Ainsi la conduite 40 prélève les gaz d'échappement du cylindre 14 et les dirige vers l'admission du moteur. Plus spécifiquement, les 25 gaz d'échappement du cylindre 14 sont ici véhiculés par la conduite 40 vers le répartiteur d'admission 20. [0021] Le cylindre 14 est ici un cylindre de type D-EGR. Un module de contrôle du moteur pilote une alimentation en air et en carburant du cylindre 14 de telle sorte que le cylindre 14 est le siège d'une combustion à mélange riche, c'est-à-dire en 30 excès de carburant par rapport à l'air, ici selon une richesse d'environ 1,5. De par la richesse du mélange air-carburant, le cylindre 14 produit du gaz dihydrogène H2. Le gaz H2 ainsi produit se retrouve dans les gaz d'échappement émis par le cylindre 14 lesquels sont ensuite, selon le principe du moteur D-EGR, réintroduits à l'admission d'au moins un cylindre du moteur, ici à l'admission de l'ensemble des cylindres 11 à 14. Le moteur selon le présent exemple de réalisation ne comporte qu'un seul cylindre produisant de l'hydrogène selon le principe D-EGR. En variante le moteur peut en comporter plusieurs. [0022] Dans l'architecture du système D-EGR proposée ici, la conduite de réintroduction de gaz d'échappement 40 comporte en outre un catalyseur de production d'hydrogène 50 et un refroidisseur de gaz d'échappement 60. Le catalyseur de production d'hydrogène 50 est ici un catalyseur de type WGS pour Water Gas Shift en anglais également appelé catalyseur à déplacement du gaz à l'eau. [0023] Le présent moteur comporte en outre un turbocompresseur 70 lequel est entrainé par les gaz d'échappement émanant des cylindres 11, 12 et 13 et met en pression un flux d'air frais lequel arrive à l'admission du moteur une fois comprimé. Le turbocompresseur 70 fournit l'air frais sous pression via une conduite 71 à un mélangeur 80 dont le rôle est de mélanger l'air sous pression et les gaz d'échappement de la conduite de réintroduction 40. Un refroidisseur d'air de suralimentation est disposé en aval du mélangeur 80 de sorte que le mélange circule dans le refroidisseur d'air de suralimentation et débouche une fois refroidi dans le répartiteur d'admission 20. [0024] Le moteur comporte en outre ici une conduite de jonction 100 laquelle s'étend depuis un piquage 101 réalisé sur une conduite de sortie 71 du turbocompresseur 70 et s'étend jusqu'à un piquage 102 réalisée sur la conduite 40 en amont du mélangeur 80 et plus précisément en amont du catalyseur de production d'hydrogène 50. La conduite de jonction 100 véhicule l'air frais sous pression émanant du turbocompresseur 70 pour introduire cet air frais sous pression dans la conduite 40. [0025] En plaçant une telle conduite 100 laquelle débouche sur la conduite 40 de réintroduction de gaz d'échappement en amont du mélangeur 80, le turbocompresseur 70 se trouve protégé contre les surpressions brutales dues aux bouffées de gaz d'échappement du cylindre dédié 14 et qui sont habituellement véhiculées par le mélangeur 80 depuis le cylindre dédié vers le turbocompresseur 70. Le débit de sortie du turbocompresseur 70 ne diminue pas et le turbocompresseur n'entre pas en zone de pompage. Le turbocompresseur 70 se trouve alors protégé dans son fonctionnement et sa durabilité. [0026] Un vanne rapide 103 équipe ici la conduite 100 en aval du compresseur et en amont du piquage de réintroduction EGR, ici au niveau de son piquage 101 sur la conduite de sortie 71 du turbocompresseur. La vanne rapide est ici commandée par le calculateur moteur, mais elle peut en variante être commandée par un système d'activation mécanique relié par exemple à la distribution du moteur. La vanne rapide 103 reste fermée lors des phases d'échappement des cylindres non dédiés 11, 12 et 13, et prend une position ouverte lors de la phase d'échappement du cylindre dédié 14. De cette façon, l'air frais comprimé est dirigé vers les cylindres sans emprunter la conduite de jonction en l'absence de bouffée émise par le cylindre dédié 14 et l'air frais comprimé atteint l'admission via la conduite de jonction au moment où apparait la bouffée de gaz d'échappement du cylindre dédié 14. Il n'est donc fait usage ici de la conduite de jonction 100 qu'à l'instant où la bouffée d'échappement du cylindre dédié 14 apparait dans le cycle moteur, le fonctionnement du moteur restant traditionnel au cours du cycle en dehors de la présence de cette bouffée. [0027] De même, selon une variante de réalisation la vanne 103 équipant la conduite de jonction 100 n'est actionnée en ouverture que pour une plage du champ de fonctionnement moteur dans lequel le turbocompresseur 70 devient sensible aux bouffées de gaz d'échappement du cylindre dédié 14. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux, il n'est fait usage de la conduite de jonction 100 que dans une plage de régime moteur préétablie où le turbocompresseur 70 devient sensible aux bouffées d'échappement émises par le cylindre dédié 14. Avantageusement, dans une telle plage de sensibilité du turbocompresseur 70 la vanne 103 est placée en position ouverte seulement lors des phases d'échappement du cylindre dédié 14, la conduite 100 restant inutilisée pendant les phases d'échappement des autres cylindres 11, 12, 13. [0028] Dans le présent mode de réalisation, afin d'augmenter encore la protection du turbocompresseur 70 la conduite de jonction 100 est en outre équipée d'un clapet anti-retour 104. Celui est placé au niveau du piquage 102 de la conduite de jonction 100 sur la conduite de réintroduction de gaz d'échappement 40. [0029] Le dispositif décrit permet donc notamment d'éviter une dégradation acoustique par l'apparition de sons ressemblant à des aboiements dans le cas d'un système EGR et d'éviter un endommagement du turbocompresseur 70. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion de véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement comprenant plusieurs cylindres de combustion (11,12,13,14), un organe d'admission d'air frais (20) en direction d'un ou plusieurs cylindres (11,12,13,14) et une ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) depuis au moins un cylindre de combustion (14) dans l'organe d'admission (20), le moteur comportant en outre un compresseur de suralimentation (70) et un mélangeur (80) disposé de manière à mélanger un flux d'air comprimé émis par le compresseur (70) avec un flux de gaz d'échappement émis par le dit au moins un cylindre (14) et véhiculé par la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40), le moteur étant caractérisé en ce qu'il comporte une conduite de jonction (100) véhiculant un flux d'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation (70) jusqu'à un piquage (102) placé sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) lequel piquage (102) est situé en amont du mélangeur (80). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (103) disposée de telle sorte que dans une position de jonction de la vanne (103) la conduite de jonction (100) véhicule de l'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation (70) jusqu'au dit piquage (102) et dans une position de non- jonction de la vanne (103) la conduite de jonction (100) ne véhicule pas d'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation (70) jusqu'au dit piquage (102) 3. Moteur à combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un module de pilotage de la vanne de jonction (103) lequel module de pilotage commande la vanne de jonction (103) de telle sorte que la vanne de jonction (103) change de position de manière cyclique de manière synchrone avec les cycles du moteur, la vanne de jonction (103) prenant une position de jonction lors d'une phase du cycle du moteur où une bouffée de gaz d'échappement est émise par ledit au moins un cylindre (14), et la vanne de jonction prenant une position de non-jonction lors d'une phase du cycle du moteur où des bouffées de gaz échappement sont émises par un ou des autres cylindres du moteur(11,12,13) dont les gaz d'échappement ne sont pas réintroduits dans l'organe d'admission (20). 4. Moteur à combustion selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un module de pilotage de la vanne de jonction (103) lequel module de pilotage commande la vanne de jonction (103) de telle sorte que la vanne de jonction (103) n'adopte sa position de jonction que dans une ou des gamme(s) pré-établie(s) de fonctionnement du moteur. 5. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) comporte un catalyseur de production d'hydrogène (50) et ledit piquage (102) de la conduite de jonction (100) sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) se situe en amont du catalyseur de production d'hydrogène (50). 6. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) comporte un refroidisseur de gaz d'échappement (60) et ledit piquage (102) de la conduite de jonction (100) sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) est disposé en amont du refroidisseur de gaz d'échappement (60). 7. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite de jonction (100) est équipée d'un organe anti-retour (104) lequel empêche un déplacement de gaz dans un sens allant dudit au moins un cylindre (14) vers le compresseur de suralimentation (70). 8. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que les gaz d'échappement dudit au moins un cylindre (14) sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission (20). 9. Moteur à combustion selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur comporte un seul cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission (20). 10.Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un cylindre (14) dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) est un cylindre à fonctionnement à richesse supérieure à 1 de sorte qu'il produit des gaz d'échappement chargés en hydrogène.