Brevet FR3025250A1 — publié le 20160304

ENSEMBLE DE MOTORISATION SURALIMENTEE EQUIPE DE MOYENS D'ASPIRATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne suralimentés par turbocompresseur. L'invention concerne plus particulièrement un ensemble de motorisation suralimentée équipé de moyens d'aspiration des gaz d'échappement. Les nouvelles motorisations doivent répondre à une problématique de plus en plus contraignante, notamment à des limites réglementaires d'émissions de polluants et des émissions de CO2 de plus en plus sévères. La baisse de la consommation en carburant des véhicule y contribue et la réduction de la cylindrée, encore désigné par les motoristes par le terme anglais « downsizing » constitue un levier majeur pour y parvenir. L'objectif de la réduction de la cylindrée est de réduire la cylindrée tout en conservant une puissance moteur identique. La consommation et donc les émissions de CO2 sont réduites principalement du fait des pertes par frottement et des pertes par pompage. Pour compenser la perte de cylindrée, ces moteurs sont suralimentés, par exemple au moyen d'un turbocompresseur. Ces moteurs présentent donc l'inconvénient d'avoir un retard sur le temps de réponse en couple lors des phases transitoires de fonctionnement du moteur. Ce retard de temps de réponse, encore désigné par l'expression anglaise « turbo-lag », est dû à l'inertie du système de suralimentation. En effet, lorsque le client souhaite obtenir du couple, il appuie sur l'accélérateur, ce qui a pour effet d'augmenter la quantité d'air entrant dans le cylindre et par suite la quantité de gaz sortant. Or c'est ce débit de gaz d'échappement qui va, petit à petit entraîner l'accélération de la roue de turbine du turbocompresseur afin d'augmenter le taux de compression du compresseur et permettre d'obtenir encore plus d'air entrant dans le cylindre et par conséquent encore plus de couple. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est d'améliorer le temps de réponse de la turbine de turbocompresseur vis-à-vis d'une demande de couple moteur par le client. On connait par ailleurs le document JP H 05171943 proposant un système comprenant un moteur suralimenté comprenant sur la ligne d'échappement, en aval de la turbine de 3025250 2 turbocompresseur, une seconde turbine destinée à être entrainée par les gaz d'échappement en provenance de la turbine de turbocompresseur, cette seconde turbine étant reliée à une génératrice pour produire de l'électricité et ainsi faire de la récupération d'énergie. 5 Pour résoudre le problème précité, il est prévu selon l'invention un ensemble de motorisation comprenant : - un moteur à combustion interne relié à une ligne d'échappement et à une ligne d'admission d'air, 10 - un turbocompresseur comportant une turbine disposée dans la ligne d'échappement et un compresseur disposé dans la ligne d'admission d'air, cet ensemble étant caractérisé, en ce qu'il comporte des moyens d'aspiration des gaz d'échappement disposés dans la ligne d'échappement en aval de la turbine de turbocompresseur et conçus de sorte à aspirer les gaz en amont des dits moyens 15 d'aspiration et à les refouler en aval des dits moyens. L'effet technique est d'augmenter le débit passant dans la turbine et donc d'accélérer sa mise en rotation. Le temps de réponse à la sollicitation de couple est ainsi réduit. 20 De préférence, les moyens d'aspiration sont disposés dans la ligne d'échappement immédiatement en aval de la turbine de turbocompresseur. Dans une variante, l'ensemble comprend des moyens de commande conçus pour identifier une phase de fonctionnement transitoire du moteur à combustion interne et 25 mettre en route les moyens d'aspiration lorsqu'une phase de fonctionnement transitoire du moteur à combustion interne est identifiée. Dans une autre variante, l'ensemble comprend un circuit de dérivation des moyens d'aspiration et une vanne de dérivation destinée à faire passer les gaz d'échappement 30 soit dans le circuit de dérivation soit à travers les moyens d'aspiration. De préférence, les moyens de commande sont conçus pour commander la vanne de dérivation de sorte à faire passer les gaz d'échappement à travers les moyens d'aspiration lorsqu'une phase de fonctionnement transitoire du moteur à combustion 35 interne est identifiée. 3025250 3 De préférence, la phase de fonctionnement transitoire est identifiée en fonction d'un écart entre un couple moteur demandé et un couple moteur réalisé. En variante, l'identification de la phase de fonctionnement transitoire prend aussi en 5 compte le régime moteur. L'invention a aussi pour objet un procédé de commande d'un moteur à combustion relié à une ligne d'échappement et à une ligne d'admission d'air, le moteur comprenant un turbocompresseur comportant une turbine disposée dans la ligne d'échappement et un 10 compresseur disposé dans la ligne d'admission d'air, caractérisé en ce que lorsque l'on identifie une phase de fonctionnement transitoire du moteur on aspire les gaz d'échappement en aval de la turbine. 15 Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence la figure 1 représentant schématiquement un mode de réalisation préféré d'un ensemble de motorisation selon l'invention. 20 Description détaillée La figure 1 présente un mode de réalisation préféré d'un ensemble de motorisation selon l'invention. 25 Sur la figure 1, un moteur 1 à combustion interne qui peut être un moteur à allumage commandé ou un moteur à allumage par compression est relié par un répartiteur 8 d'air à une ligne d'admission d'air par laquelle est transféré aux cylindres 12 l'air requis à la combustion et par un collecteur 11 de gaz d'échappement à une ligne 2 d'échappement 30 par laquelle sont évacués les gaz d'échappement produits par la combustion dans les cylindres 12. Sur la figure 1, quatre cylindres 12 sont représentés, cependant le moteur 1 peut comprendre un nombre différents de cylindres 12. La ligne 3 d'admission peut comprendre en aval du compresseur 6 un échangeur 10 de 35 refroidissement d'air ainsi qu'une vanne 9 de dosage de la quantité d'air admise. Dans la ligne 3 d'admission l'amont et l'aval sont définis relativement au sens de l'écoulement de l'air admis. 3025250 4 La ligne 2 d'échappement peut comprendre en aval de la turbine 5 au moins un organe 13 de dépollution des gaz d'échappement, tel qu'un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules, un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote.... Dans la ligne 2 5 d'échappement l'amont et l'aval sont définis relativement au sens de l'écoulement des gaz brûlés évacués. L'ensemble de motorisation comprend encore un turbocompresseur 4. Le turbocompresseur 4 comporte classiquement une turbine 5 disposée dans la ligne 2 10 d'échappement et un compresseur 6 disposé dans la ligne 3 d'admission d'air. Lorsque le moteur 1 est en fonctionnement, il produit des gaz brûlés qui entraine la turbine 5. La turbine 5 étant reliée au compresseur au moyen d'un arbre 7 de transmission, le compresseur 6 est à son tour entrainé ce qui a pour effet d'accroître la quantité d'air admise dans les cylindres 12. 15 Conformément à l'invention, afin d'améliorer le temps de réponse de la turbine 5 vis-à-vis d'une demande de couple, il est prévu de disposer dans la ligne 2 d'échappement, en aval de la turbine 5, des moyens d'aspiration 14 des gaz d'échappement. Plus précisément, relativement à leur disposition dans la ligne 2 d'échappement les moyens 20 d'aspiration 14 sont destinés à aspirer les gaz d'échappement à leur amont pour les refouler à leur aval. De préférence les moyens d'aspiration 14 sont disposés dans la ligne 2 d'échappement immédiatement en aval de la turbine 5 de turbocompresseur. Autrement dit, avant le 25 premier organe 13 de dépollution de la ligne 2 d'échappement. En effet, pour que l'efficacité de l'aspiration soit maximale, il faut que les moyens 14 d'aspiration soient le plus proche possible de la turbine 5 du turbocompresseur. Les moyens 14 d'aspiration peuvent comprendre par exemple une roue à ailettes 14a 30 animée par un moteur électrique 14b. Dans ce mode de réalisation, l'ensemble de motorisation de l'invention comprend encore un circuit 15 de dérivation des moyens d'aspiration 14 ainsi qu'une vanne 16 de dérivation destinée à faire passer les gaz d'échappement soit dans le circuit 15 de dérivation soit à 35 travers les moyens 14 d'aspiration. 3025250 5 L'ensemble de motorisation comprend encore des moyens 17 de commande, tel qu'une unité de commande électronique, conçus pour identifier une phase de fonctionnement transitoire du moteur 1 à combustion interne. Les moyens 17 de commande sont aussi conçus pour commander l'arrêt ou la mise en route des moyens 14 d'aspiration. Les 5 moyens 17 de commande sont aussi conçus pour commander la vanne 16 de dérivation. Le fonctionnement est le suivant : Lorsqu'une phase de fonctionnement transitoire du moteur 1 à combustion interne est 10 identifiée : les moyens 17 de commande mettent en route les moyens 14 d'aspiration par l'activation du moteur électrique 14b. les moyens 17 de commande commandent la vanne (16) de dérivation de sorte à faire passer les gaz d'échappement à travers les moyens 14 d'aspiration. Dans ce 15 cas les gaz d'échappement ne passent pas par le circuit 15 de dérivation. Lorsqu'une phase de fonctionnement transitoire du moteur 1 à combustion interne n'est pas identifiée, autrement en fonctionnement stabilisé du moteur : 20 les moyens 17 de commande arrêtent les moyens 14 d'aspiration, par la désactivation du moteur électrique 14b. les moyens 17 de commande commandent la vanne (16) de dérivation de sorte à faire passer les gaz d'échappement à travers le circuit 15 de dérivation. Dans ce cas les gaz d'échappement ne passent pas par les moyens d'aspiration. 25 Ainsi lors des phases de fonctionnement en stabilisé, la vanne 16 de dérivation permet de dévier le débit de gaz d'échappement dans le circuit 15 de dérivation et ainsi éviter une contrepression à l'échappement qui serait due à la présence des moyens d'aspiration. 30 On considère que le moteur est en phase de fonctionnement transitoire lorsque l'on identifie un écart entre la demande de couple moteur, par exemple par une sollicitation du client et la réalisation de ce couple moteur. Dans ce cas il est prévu que les moyens 17 de commande comprennent des moyens de calcul de l'écart entre la demande de couple et le couple effectif. Ainsi si l'écart est non nul, on considèrera que le moteur est en phase 35 de fonctionnement transitoire et l'on commandera les moyens 14 d'aspiration et la vanne 16 de dérivation comme indiqué précédemment. On peut prévoir une tolérance, c'est-à-dire un niveau d'écart minimum de couple pour lequel on considère que l'écart est nul. 3025250 6 On peut prévoir de prendre en compte le régime moteur, mais l'on gardera le couple comme paramètre principal. L'intérêt de ces moyens d'aspiration est de permettre d'augmenter le débit passant dans la turbine mécanique du turbocompresseur et par 5 conséquent une mise en rotation plus rapide du turbocompresseur et une amélioration du temps de réponse en régime transitoire. Un autre intérêt est de également de permettre de diminuer la pression en amont de la turbine mécanique du turbocompresseur, d'où une meilleure vidange des cylindres, un 10 taux de recirculation interne des gaz brûlés diminué et un plus fort remplissage d'air lors des phases de régimes transitoires. Cette solution présente l'avantage d'être plus efficace, pour un même débit qu'un compresseur électrique. En effet la formule utilisée pour calculer la puissance est : 15 P =QxCpx3,7' Avec Cp la capacité calorifique de l'élément considéré, Q le débit, AT l'écart de température. Or pour un même débit Q, on a le Cp de l'air frais qui est plus faible que celui des gaz 20 brûlés (1000 J/kg/K pour l'air contre 1150 J/kg/K pour les gaz brûlés) et l'écart de température AT à l'échappement qui est supérieur à celui de l'admission. Ainsi pour un même débit Q, la puissance P récupérée en agissant sur la turbine sera supérieure à celle introduite par un compresseur électrique qui serait placé sur la ligne 25 d'admission. REVENDICATIONS1. Ensemble de motorisation comprenant : un moteur (1) à combustion interne relié à une ligne (2) d'échappement et à une ligne (3) d'admission d'air, un turbocompresseur (4) comportant une turbine (5) disposée dans la ligne (2) d'échappement et un compresseur (6) disposé dans la ligne (3) d'admission d'air, cet ensemble étant caractérisé, en ce qu'il comporte des moyens d'aspiration (14) des gaz d'échappement disposés dans la ligne (2) d'échappement en aval de la turbine (5) de turbocompresseur (4) et conçus de sorte à aspirer les gaz en amont des dits moyens d'aspiration et à les refouler en aval des dits moyens. 2. Ensemble selon la revendication1, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration (14) sont disposés dans la ligne (2) d'échappement immédiatement en aval de la turbine (5) de turbocompresseur. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (17) conçus pour identifier une phase de fonctionnement transitoire du moteur (1) à combustion interne et mettre en route les moyens (14) d'aspiration lorsqu'une phase de fonctionnement transitoire du moteur (1) à combustion interne est identifiée. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (15) de dérivation des moyens d'aspiration (14) et une vanne (16) de dérivation destinée à faire passer les gaz d'échappement soit dans le circuit (15) de dérivation soit à travers les moyens (14) d'aspiration. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande (17) sont conçus pour commander la vanne (16) de dérivation de sorte à faire passer les gaz d'échappement à travers les moyens d'aspiration (14) lorsqu'une phase de fonctionnement transitoire du moteur (1) à combustion interne est identifiée. 6. Ensemble selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la phase de fonctionnement transitoire est identifiée en fonction d'un écart entre un couple moteur demandé et un couple moteur réalisé. 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'identification de la phase de fonctionnement transitoire prend aussi en compte le régime moteur. 3025250 8 8. Procédé de commande d'un moteur à combustion relié à une ligne (2) d'échappement et à une ligne (3) d'admission d'air, le moteur comprenant un turbocompresseur (4) comportant une turbine (5) disposée dans la ligne (2) d'échappement et un compresseur (6) disposé dans la ligne (3) d'admission d'air, 5 caractérisé en ce que lorsque l'on identifie une phase de fonctionnement transitoire du moteur on aspire les gaz d'échappement en aval de la turbine (5).