Brevet FR3015562A1 — publié le 20150626

ENSEMBLE COMPRENANT UN MOTEUR THERMIQUE ET UN COMPRESSEUR ELECTRIQUE CONFIGURE POUR FAIRE DU BALAYAGE DES GAZ BRULES RESIDUELS La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques, et plus particulièrement un ensemble pour moteur thermique de véhicule automobile comprenant un système d'admission d'air et un compresseur électrique configuré pour améliorer le balayage des gaz brulés résiduels. Actuellement, dans les moteurs turbo essence à injection directe, on utilise le balayage afin de procéder à l'élimination des gaz brulés résiduels pour en réduire leurs concentrations et donc améliorer le comportement du moteur, et notamment le cliquetis. En effet, les gaz brulés résiduels sont générateur du cliquetis car ils augmentent la température du mélange lors de la compression du mélange air frais et carburant. Ces gaz brulés résiduels limitent également le remplissage en air du moteur en prenant la place de celui-ci. Sur les moteurs essence, le balayage est utilisé surtout à bas régime et forte charge car, dans cette zone, la pression d'échappement est plus faible que la pression admission ce qui permet de faire circuler les gaz de l'admission vers l'échappement. Pour réaliser cela, on ouvre en même temps les soupapes admission et échappement. Un problème avec cette technique est qu'il est nécessaire d'attendre que le turbocompresseur se mette en route pour que le balayage se mette en oeuvre. En effet, le turbocompresseur a un certain temps de réponse (turbo-lag selon la terminologie anglaise), laps de temps où l'enthalpie des gaz d'échappement ne suffit pas encore à faire tourner la turbine du turbocompresseur au régime idéal. De plus, le balayage ne peut se faire que dans la zone faible régime et forte charge car c'est uniquement dans cette zone que le balayage est possible, ce qui limite l'étendue de la zone. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des systèmes de l'art antérieur en proposant un ensemble pour moteur thermique comprenant un compresseur électrique permettant d'améliorer l'élimination des gaz brulés résiduels, et d'empêcher le cliquetis qui résulte de la présence de ces gaz en grande quantité. Pour cela la présente invention propose un ensemble comprenant : - un conduit d'admission s'étendant entre une entrée d'air et un moteur thermique, - un moteur thermique, - un compresseur électrique disposé sur le conduit d'admission en amont du moteur thermique, - une vanne, disposée en amont du moteur thermique, le compresseur électrique étant configuré pour permettre de réaliser du balayage sur les gaz brulés résiduels. L'utilisation d'un compresseur électrique selon l'invention permet de s'affranchir de la durée de monter en régime du turbocompresseur. Il est ainsi possible de réaliser du balayage sur une zone plus élargie et sur de plus faibles charges. L'utilisation du compresseur électrique présente également l'avantage de permettre de faire du balayage d'air frais dans la zone pollution. Cela permet de faire de l'injection d'air à l'échappement ce qui permet une montée en température plus rapide du catalyseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comprend un système de distribution variable. Selon un mode de réalisation de I 'invention, le compresseur électrique est intégré dans un circuit de dérivation comportant un moyen de dérivation configuré pour diriger l'air admis à travers le compresseur électrique lors d'une phase transitoire. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comprend un système d'injection directe. Ainsi l'utilisation du compresseur électrique avec un système de distribution variable et un système d'injection directe permet de repousser la limite cliquetis à bas régime et d'étendre la zone de balayage pour des fortes charges et de faire de l'injection d'air à l'échappement. L'invention concerne également un procédé de commande d'un ensemble selon l'invention, comportant, lors d'un mode de fonctionnement du moteur à bas régime: une étape d'activation du compresseur électrique, une étape de circulation de l'air admis à travers le compresseur électrique, une étape de balayage des gaz résiduels imbrulés du moteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape de régulation du débit de l'air admis avec une vanne. L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble selon l'invention pour balayer les gaz résiduels imbrulés du moteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'utilisation de l'ensemble se fait lors d'un mode de fonctionnement du moteur à bas régime d'un véhicule. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant à la figure 1 annexée, donnée à titre d'exemple et qui est une représentation schématique et partielle d'une architecture moteur impliquant un compresseur électrique d'air selon l'invention. La présente invention se rapporte à un ensemble comportant un moteur thermique, un système d'admission d'air et un compresseur électrique d'air. La présente invention concerne l'ensemble des moteurs thermiques, Diesel, essences, gaz, éthanol, ou un mélange de ces constituants, suralimentés ou pas. Dans la suite de la description, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Le compresseur électrique est donc généralement activé pour augmenter la masse de l'air admis. Dans le cadre de l'invention, le compresseur électrique est associé à un circuit de dérivation (également appelé by-pass selon la terminologie anglaise) permettant de le contourner lorsque cela est nécessaire, comme décrit plus loin dans la description. Dans le cadre de l'invention, le compresseur électrique est disposé en amont du moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur thermique a un fonctionnement deux temps. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur thermique a un fonctionnement quatre temps. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'ensemble selon l'invention comporte au moins un catalyseur disposé en sortie du moteur thermique, sur la ligne d'échappement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comporte plusieurs catalyseurs. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble selon l'invention comporte un système de distribution variable de type VVT (pour variable valve timing selon la terminologie anglaise) ou VVL (pour variable valve lift selon la terminologie anglaise). Dans le cadre de l'invention, l'utilisation du compresseur électrique se fait pendant les modes de fonctionnement du moteur à bas régime et faible ou forte charge du moteur. On entend par bas régime, un fonctionnement du moteur compris entre 1000 et 3000 tr/min, et par faibles ou fortes charges, le fait que le moteur fonctionne à 10 à 90 % de sa charge. L'utilisation d'un compresseur électrique selon l'invention permet de s'affranchir de la durée de monter en régime du turbocompresseur. Il est ainsi possible de réaliser du balayage sur une zone plus élargie et sur de plus faibles charges. L'utilisation du compresseur électrique présente également l'avantage de permettre de faire du balayage d'air frais dans la zone pollution. Cela permet de faire de l'injection d'air à l'échappement ce qui permet une montée en température plus rapide du catalyseur. Ainsi l'utilisation du compresseur électrique avec un système de distribution variable et un système d'injection directe permet de : - Repousser la limite cliquetis à bas régime et d'étendre la zone de balayage pour des fortes charges. En effet, lors du balayage pour de forte charge, l'utilisation du compresseur électrique permet d'accroitre le balayage lors du croisement de soupapes admission et échappement, c'est-à-dire lorsque les soupapes admission et échappement sont ouvertes en même temps. - Faire de l'injection d'air à l'échappement toujours sur le même principe mais cette fois-ci plutôt sur les faibles charges pour permettre une mise en action catalyseur plus rapide. L'utilisation du compresseur électrique présente ainsi également l'avantage de réduire la durée d'échauffement du moteur. Cela permet de réduire le recours aux métaux précieux sur le catalyseur et/ou de pouvoir limiter ses contraintes thermiques en l'installant plus loin dans la ligne d'échappement. L'ensemble concerné par la présente invention, dont un mode de réalisation est illustré sur la figure 1, comprend un moteur 2 thermique avec un conduit d'admission 4 et un compresseur électrique 5. Ce moteur 2 comporte un bloc moteur 3 comportant une pluralité de cylindres, au nombre de quatre sur la figure, destinés à recevoir un mélange de comburant et de carburant, et par exemple l'essence comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant. La combustion dans les cylindres génère le travail du moteur 2. Le fonctionnement du moteur 2 est classique : l'air est admis dans les cylindres, y est comprimé, brûlé puis expulsé sous forme de gaz d'échappement. Ce moteur 2 a une entrée reliée au conduit d'admission 4 et une sortie reliée à un circuit d'échappement de gaz 10. L'entrée 11 du conduit d'admission 4 définit l'entrée par laquelle l'air frais admis pénètre dans l'ensemble tandis que la sortie 12 du circuit d'échappement 10 définit la sortie par laquelle les gaz d'échappement sont évacués de l'ensemble. Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur d'admission 7 qui forme ainsi une boîte d'entrée de l'air admis dans la chambre de combustion 3 du moteur 2. On entend par conduit d'admission 4 la canalisation d'admission pour l'air admis, dont le flux est représenté par la flèche F1, cette canalisation étant située entre l'entré 11 d'air et le moteur 2. Selon un mode de réalisation de l'invention le conduit d'admission 4 comporte un compresseur mécanique 111 de l'air admis. Selon un mode de réalisation de l'invention, en amont du collecteur d'admission 7 de l'air dans le moteur 2, le conduit d'admission 4 comporte une vanne 8 comportant un obturateur de type papillon dont la fonction est de régler le débit de l'air admis pour la régulation du régime moteur. Cette vanne 8 est commandée par une unité de commande moteur bien connue de l'homme du métier (également appelé ECU qui signifie Engine Control Unit selon la terminologie anglaise), et permet de réguler la quantité d'air introduite dans le moteur et nécessaire à la combustion. La sortie du moteur 2 est formée par un collecteur 9 des gaz d'échappement. Ce dernier est relié à une voie ou canalisation 124 d'échappement des gaz faisant partie du circuit d'échappement de gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte une turbine 121, solidaire en rotation du compresseur mécanique 111 de l'air admis et formant avec lui un turbocompresseur. La turbine 121 est entraînée par les gaz d'échappement de la voie d'échappement 124, dont le flux est schématisé par la flèche F2. Selon un mode de réalisation, ce flux traverse le catalyseur 122. Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble comprend un compresseur électrique 5. Ce compresseur 5 est entraîné par un moteur électrique non représenté dont la commande est par exemple effectuée par l'unité de commande moteur. Le compresseur électrique 5 est disposé dans la boucle du conduit d'admission 4. Dans une première variante de l'invention, le compresseur électrique 5 est disposé en amont de la vanne 8 papillon. Dans une deuxième variante de l'invention non illustrée, le compresseur électrique 5 est disposé en aval de la vanne 8 papillon. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique est intégré dans un circuit de dérivation 51 (également appelé circuit by-pass selon la terminologie anglaise) comportant un moyen de dérivation 52 du type vanne. Cette vanne 52 est par exemple une vanne papillon. Cette vanne 52 est par exemple commandée par l'unité de commande du moteur. Le circuit de dérivation 51 en association avec le moyen de dérivation 52 permet en général à l'air admis arrivant via le circuit d'admission 4 de circuler à travers le compresseur électrique ou bien de le contourner, par la fermeture ou l'ouverture du moyen de dérivation 52. Le moyen de dérivation 52 de type vanne est disposé sur un premier conduit 510, du circuit de dérivation 51, différent de celui du compresseur électrique 5 de façon à ce que lorsque la vanne est fermée l'air admis soit dirigé 02 vers le deuxième conduit 511 où est disposé le compresseur électrique 5. Ainsi en dehors des phases de fonctionnement du moteur où le compresseur est utilisé, et dans le cadre de l'invention en dehors des phases bas régime, l'air admis circule 01 dans le premier conduit 510 et ne traverse pas le compresseur électrique 5. Le fonctionnement de l'ensemble selon l'invention est le suivant. Lors d'un mode de fonctionnement du moteur à bas régime transitoire, le compresseur électrique est activé via l'unité de commande moteur et comprime l'air admis circulant dans le conduit d'admission. Cet air comprimé est ensuite envoyé directement dans le moteur 2 via la vanne papillon 8. Le balayage est alors réalisé de manière classique. Les gaz admis « poussent » les gaz résiduels imbrulés qui sont ainsi évacuées. Cela est possible par le fait que les soupapes admission et échappement sont ouvertes. La phase d'utilisation du compresseur électrique selon l'invention, c'est-à-dire à bas régime, peut ensuite être suivie d'une phase établie selon laquelle on commande l'ensemble de manière à ce que le compresseur électrique ne soit pas alimenté. Ce procédé de commande d'un ensemble tel que défini ci-dessus, permet ainsi lors d'un mode de fonctionnement du moteur à bas régime, d'activer le compresseur électrique et de comprimer à l'aide de ce dernier tout ou partie de l'air admis circulant dans le conduit d'admission, ce qui permet d'augmenter plus rapidement le débit d'air dans le moteur et favorise un balayage plus rapide. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. REVENDICATIONS1. Ensemble comprenant : - un conduit d'admission (4) s'étendant entre une entrée (11) d'air et un moteur thermique (2), - un moteur thermique (2), - un compresseur électrique (5) disposé sur le conduit d'admission en amont du moteur thermique (2), - une vanne (8), disposée en amont du moteur thermique (2) le compresseur électrique (5) étant configuré pour permettre de réaliser du balayage sur les gaz brulés résiduels. 2. Ensemble selon la revendication 1, comprenant un système de distribution variable. 3. Ensemble selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le compresseur électrique (5) est intégré dans un circuit de dérivation (51) comportant un moyen de dérivation (52) configuré pour diriger l'air admis à travers le compresseur électrique (5) lors d'une phase transitoire. 4. Ensemble selon une des revendications 1 à 3, comprenant un système d'injection directe. 5. Procédé de commande d'un ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, comportant, lors d'un mode de fonctionnement du moteur à bas régime: - une étape d'activation du compresseur électrique (5), - une étape de circulation de l'air admis à travers le compresseur électrique (5), - une étape de balayage des gaz résiduels imbrulés du moteur. 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant une étape de régulation du débit de l'air admis avec une vanne (8). 7. Utilisation de l'ensemble selon une des revendications 1 à 4 pour balayer les gaz résiduels imbrulés du moteur. 8. Utilisation de l'ensemble selon la revendication 7, lors d'un mode de fonctionnement du moteur à bas régime d'un véhicule.5