Brevet FR3086349A1 — publié le 20200327

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comprenant : - un bloc-moteur qui comporte au moins un cylindre, - une ligne d'admission de gaz frais dans chaque cylindre, - une ligne d'échappement de gaz brûlés hors de chaque cylindre, - un turbocompresseur qui comprend une turbine située dans la ligne d'échappement et un compresseur principal situé dans la ligne d'admission, - un compresseur électrique situé dans la ligne d'admission, et - une ligne de recirculation des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement et qui débouche dans la ligne d'amission. Elle concerne également un procédé de commande d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On recherche actuellement, dans un cadre législatif toujours plus contraignant et dans un souci de préservation de l'environnement, des solutions techniques permettant de réduire le taux d'éléments polluants contenus dans les gaz brûlés émis par les moteurs à combustion interne dans l'atmosphère. On souhaite également trouver des solutions qui permettent de préserver les prestations de ces moteurs (en termes de puissance et de couples 25 disponibles). Ce sont les raisons pour lesquelles ont récemment été développés des groupes motopropulseurs du type de celui défini en introduction. Pour réduire ses émissions polluantes, un tel groupe motopropulseur comprend une ligne de recirculation des gaz d'échappement à l'admission de type 30 basse pression, également appelée ligne EGR (pour « Exhaust Gas Recirculation » selon l'appellation d'origine anglo-saxonne couramment utilisée). Dans une telle configuration, des gaz d'échappement sont prélevés à la sortie d'un dispositif de dépollution, en aval de la turbine du turbocompresseur, afin d'être recyclés dans la ligne d'admission en amont du compresseur du 2 turbocompresseur. Cette ligne de recirculation EGR favorise notamment la diminution des émissions d'oxydes d'azote (NOx). On connaît d'ailleurs du document FR3027954 un groupe motopropulseur comprenant, en plus de son turbocompresseur et de sa ligne de 5 recirculation EGR, un compresseur électrique. Cependant, dans ce document FR3027954, le compresseur électrique est situé de telle façon que les gaz qui le traversent sont ensuite comprimés une nouvelle fois dans le compresseur du turbocompresseur. Ceci a pour effet d'altérer le rendement de l'étage de compression. 10 De plus, la ligne de recirculation EGR est équipée de son propre refroidisseur. Ainsi, lors du mélange des gaz circulant dans la ligne de recyclage EGR avec l'air frais, l'eau contenue dans ces gaz se condense et vient endommager les éléments constituant le compresseur du turbocompresseur. De plus, du fait notamment de cet arrangement, la ligne de recyclage EGR est longue 15 et le temps de parcours allongé des gaz circulant dans cette ligne pour atteindre le moteur impacte alors sur l'efficacité de ce dernier. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un moteur à combustion interne dans lequel le circuit 20 d'air permet d'améliorer l'efficacité de la ligne de recirculation. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un moteur à combustion interne tel que défini dans l'introduction dans lequel la ligne d'admission comporte deux branches parallèles qui se rejoignent, dont une première branche qui comprend le compresseur principal et une seconde branche qui comprend le compresseur électrique et dans lequel la ligne de recirculation débouche dans la seconde branche, en amont du compresseur électrique. De cette manière, les gaz circulant dans la ligne de recirculation sont tous orientés vers le compresseur électrique mais ils ne passent pas par le compresseur principal. Le compresseur principal est seulement utilisé pour comprimer l'air frais. Cette configuration permet en particulier de réduire la longueur des tuyaux utilisés pour le circuit d'air et d'optimiser le temps de parcours des gaz jusqu'au moteur. L'efficacité du moteur en est donc améliorée. Un autre avantage est qu'aucun condensat d'eau ne traverse le 3 compresseur principal, ce qui évite tout endommagement de ce dernier. On notera également que puisqu'il n'est traversé que par de l'air frais, le compresseur principal ne s'encrassera pas. Préférentiellement, il est également prévu un premier mélangeur situé à 5 la jonction de la première branche et de la seconde branche de la ligne d'admission. Avantageusement aussi, il est prévu un refroidisseur d'air de suralimentation monté entre le premier mélangeur et le bloc-moteur. Ainsi, un seul refroidisseur est prévu dans le moteur à combustion et il est placé en entrée du bloc moteur. De cette manière, les gaz circulant dans la 10 ligne de recirculation ne sont pas refroidis avant l'étage de compression, permettant ainsi d'éviter la formation de condensats dans la ligne de recirculation et la dégradation du compresseur électrique. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du moteur à combustion interne conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes 15 les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la première branche et la seconde branche de la ligne d'admission prennent naissance dans un tronçon d'entrée équipé d'un filtre à air, - il est également prévu un deuxième mélangeur situé à la jonction de la seconde branche de la ligne d'admission et de la ligne de recirculation, 20 - la ligne d'échappement comprend au moins un dispositif de dépollution, - l'au moins un dispositif de dépollution est monté sur la ligne d'échappement entre la turbine du turbocompresseur et la ligne de recirculation, - la ligne de recirculation comporte une vanne de régulation du débit, et - il est également prévu des moyens de délestage de la turbine. 25 L'invention concerne également un procédé de commande d'un moteur à combustion interne tel que défini précédemment équipant un véhicule automobile. Le procédé comprend des étapes de : - détection d'une position d'une pédale d'accélérateur équipant le véhicule automobile, puis 30 si la position détectée traduit un enfoncement de la pédale d'accélérateur, - mise en route du compresseur électrique, et - délestage de la turbine à l'aide desdits moyens de délestage. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 4 La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur le dessin annexé, la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à 5 combustion interne conforme à l'invention. Dans la description, les termes « amont » et « aval » seront utilisés suivant le sens de l'écoulement des gaz, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à la sortie des gaz brûlés dans l'atmosphère. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un moteur à 10 combustion interne 1. Ce moteur à combustion interne 1 équipe par exemple un véhicule automobile. Le moteur à combustion interne 1 comprend un bloc-moteur 10 équipé d'au moins un cylindre 11. Ici, le bloc-moteur 10 est pourvu d'un vilebrequin relié à quatre pistons (non représentés) logés dans quatre cylindres 11. Ce moteur est ici 15 à allumage par compression (Diesel). Il pourrait également être à allumage commandé (Essence). Il pourrait comporter davantage de cylindres ou au contraire un nombre réduit de cylindres. En amont des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'admission de gaz frais 20 (également désignée « ligne d'admission 20 20 » dans la suite) qui prélève l'air frais dans l'atmosphère et qui débouche dans un répartiteur d'air 25 agencé pour répartir l'air frais vers chacun des quatre cylindres 11 du bloc-moteur 10. Comme cela est visible sur la figure 1, la ligne d'admission 20 comporte deux branches distinctes qui se rejoignent : une première branche 20A et une 25 seconde branche 20B. Ces deux branches sont disposées en parallèle l'une par rapport à l'autre. Un premier mélangeur 19 est monté en sortie de ces deux branches 20A, 20B de la ligne d'admission 20. Ce premier mélangeur 19 est conçu pour mélanger les gaz en sortie de la première branche 20A et de la seconde branche 30 20B. Au niveau de ce premier mélangeur 19, les deux branches se rejoignent. En d'autres termes, la ligne d'admission 20 comprend un unique conduit 20D en aval de ce premier mélangeur 19. La ligne d'admission 20 comporte tout d'abord, dans le sens d'écoulement de gaz frais, un filtre à air 21 qui filtre l'air frais prélevé dans 5 l'atmosphère. Ce filtre à air 21 est localisé en amont de la séparation en chacune des deux branches de la ligne d'admission 20. En d'autres termes, il est situé dans un tronçon d'entrée 20C de la ligne d'admission 20 à la sortie duquel la première branche 20A et la seconde branche 20B prennent naissance. 5 Comme représenté sur la figure 1, la première branche 20A comporte un compresseur principal 22. Ce dernier est donc situé sur la ligne d'admission 20. Ce compresseur principal 22 comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21 et circulant dans cette première branche 20A. Parallèlement à cette première branche 20A, la seconde branche 20B de 10 la ligne d'admission 20 comporte un compresseur électrique 26. Ce compresseur électrique 26 est ici refroidi par une ligne de circulation de liquide de refroidissement (non représentée). Ce compresseur électrique 26 comprime donc un mélange des gaz provenant de la ligne de recirculation 30 et l'air frais filtré par le filtre à air 21. 15 Selon cette configuration, les gaz et/ou air frais sont comprimés une seule fois par l'un ou l'autre des compresseurs (parmi le compresseur principal 22 et le compresseur électrique 26) avant de déboucher dans les cylindres 11. Le premier mélangeur 19 mélange finalement de l'air frais comprimé (issu de la première branche 20A) et un mélange comprimé d'air frais et de gaz 20 provenant de la ligne de recirculation 30 (issu de la deuxième branche 20B). Comme visible sur la figue 1, la ligne d'admission 20 comprend également, en sortie du premier mélangeur 19, un refroidisseur d'air de suralimentation 23. Ce refroidisseur d'air de suralimentation 23 est conçu pour refroidir le mélange de gaz sortant du premier mélangeur 19 avant son admission 25 dans le bloc-moteur 10. En aval du refroidisseur d'air de suralimentation 23 et en amont du bloc-moteur 10, la ligne d'admission 20 comprend une vanne d'admission 24 qui permet de réguler le débit de gaz débouchant dans un répartiteur d'air 25 du moteur à combustion interne 1. 30 En sortie des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'échappement 80 des gaz brûlés. Cette ligne d'échappement 80 s'étend depuis un collecteur d'échappement 81 dans lequel débouchent les gaz qui ont été préalablement brûlés dans les cylindres 11, jusqu'à un orifice d'échappement 87 permettant d'évacuer les gaz brûlés dans l'atmosphère. 6 Comme cela est représenté sur la figure 1, cette ligne d'échappement 80 comporte par ailleurs une turbine 82. La turbine 82 et le compresseur principal 22 précédemment introduit forment un turbocompresseur. La turbine 82 est entraînée en rotation par le flux de gaz brûlés sortant 5 du collecteur d'échappement 81, et elle permet d'entraîner le compresseur principal 22 en rotation, grâce à des moyens de couplage mécanique tels qu'un simple arbre de transmission. La turbine 82 permet de détendre les gaz évacués par le bloc-moteur 10. Il est ici en outre prévu des moyens de délestage de la turbine 82. 10 Ces moyens de délestage comportent par exemple un moteur pas-à-pas qui permet de régler l'inclinaison des aubes de la turbine 82. On comprend alors que suivant cette inclinaison, le flux de gaz brûlés pourra ou non entraîner les aubes de la turbine en rotation. En variante, l'inclinaison des aubes pourrait être réglée par un système d'actionnement de type pneumatique. 15 En variante, les moyens de délestage pourraient comporter une conduite de court-circuitage de la turbine (plus généralement connue sous le nom de cc conduite waste-gate »), qui serait branchée en parallèle de la turbine et qui serait équipée d'une vanne de régulation du débit de gaz brûlés la traversant. D'après la figure 1, la ligne d'échappement 80 comprend également au 20 moins un dispositif de dépollution situé en aval de la turbine 82. Ici, la ligne d'échappement 80 comprend un premier dispositif de dépollution 83 et un deuxième dispositif de dépollution 84. Ces dispositifs de dépollution peuvent se présenter sous plusieurs formes. Par exemple, les dispositifs de dépollution peuvent être un catalyseur, un filtre à particules ou un piège à oxydes d'azote. 25 Les gaz brûlés sont ensuite évacués vers l'extérieur du véhicule automobile par l'orifice d'échappement 87 de la ligne d'échappement 80. Une vanne d'échappement 85 permet de réguler le débit de gaz brûlés évacués vers l'extérieur. Comme cela apparaît sur la figure 1, le moteur à combustion interne 1 30 comporte également la ligne de recirculation 30 des gaz brûlés à basse pression. Cette ligne de recirculation est communément appelée ligne EGR-LP 30, conformément à l'acronyme anglo-saxon de « Exhaust Gaz Recirculation - Low Pressure ». Elle prend naissance dans la ligne d'échappement 80, à la sortie des dispositifs de dépollution, et débouche dans la seconde branche 20B de la ligne 7 d'admission 20, par l'intermédiaire d'un deuxième mélangeur 27. La ligne de recirculation 30 débouche en particulier en amont du compresseur électrique 26. Ce deuxième mélangeur 27 est également monté en aval du filtre à air 21 sur la seconde ligne d'admission 20B. Le deuxième mélangeur 27 est conçu 5 pour mélanger des gaz issus d'une ligne de recirculation 30 et l'air frais provenant du filtre à air 21. Comme représenté sur la figure 1, la ligne EGR-LP 30 comporte une vanne 31 de régulation du débit suivie d'un filtre de gaz 32. Comme le montre la figure 1, le moteur à combustion interne 1 peut 10 éventuellement aussi comporter une ligne de recirculation des gaz brûlés à haute pression, qui permet de prélever une partie des gaz brûlés circulant dans la ligne d'échappement 80 pour la réinjecter dans les cylindres 11 afin de réduire les émissions polluantes du moteur, et en particulier les émissions d'oxydes d'azote. Cette ligne de recirculation est communément appelée ligne EGR-HP 40, 15 conformément à l'acronyme anglo-saxon de « Exhaust Gaz Recirculation - High Pressure ». Elle prend naissance dans la ligne d'échappement 80, entre le collecteur d'échappement 81 et la turbine 82, et elle débouche dans la ligne d'admission 20, entre la vanne d'admission 24 et le répartiteur d'air 25. Cette ligne EGR-HP 40 comporte une vanne 41 de régulation du débit. 20 Pour piloter les différents organes du moteur à combustion interne 1, il est prévu un calculateur (non représenté). Ce calculateur comprend par exemple un processeur, une mémoire vive, une mémoire morte, des convertisseurs analogiques-numériques et des interfaces d'entrée et de sortie. Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur est adapté à recevoir de 25 différents capteurs des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur à combustion interne 1. Dans sa mémoire vive, le calculateur mémorise par exemple en continu : - la position d'une pédale d'accélérateur (non représentée), - la pression de gaz frais à la sortie du compresseur électrique 26, 30 - la pression de gaz frais à l'entrée du compresseur électrique 26, - le débit d'air frais traversant le compresseur électrique 26, et - la vitesse de rotation du compresseur électrique 26. La mémoire morte mémorise quant à elle des données utilisées dans le cadre du procédé décrit ci-dessous. 8 Elle mémorise notamment des cartographies prédéterminées sur banc d'essai grâce auxquelles le calculateur est adapté à générer, pour chaque condition de fonctionnement du moteur, des signaux de sortie. La mémoire morte mémorise aussi une application informatique, 5 constituée de programmes d'ordinateur comprenant des instructions dont l'exécution par le processeur permet la mise en oeuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après. Enfin, grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur est adapté à transmettre des signaux de sortie aux différents organes du moteur à combustion 10 interne 1. Par exemple, il est adapté à contrôler l'orientation des aubes de la turbine 82 et la vitesse de rotation du compresseur électrique 26. Classiquement, lorsque le conducteur du véhicule automobile met le contact, le calculateur s'initialise puis établit une commande afin de démarrer le moteur à combustion interne 1. 15 Lorsque le moteur est démarré, l'air frais prélevé dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 est filtré par le filtre à air 21, éventuellement mélangé avec des gaz brûlés issus de la ligne EGR-BP 30 dans la seconde branche 20B de la ligne d'admission 20, éventuellement comprimé par le compresseur principal 22 et par le compresseur électrique 26, refroidi par le refroidisseur d'air principal 23, 20 éventuellement mélangé avec des gaz brûlés issus de la ligne EGR-HP 40, puis brûlé dans les cylindres 11. A leur sortie des cylindres 11, les gaz brûlés sont détendus dans la turbine 82, traités et filtrés dans les dispositifs de dépollution puis orientés vers l'orifice d'échappement 87 avant d'être rejetés dans l'atmosphère. 25 Un enfoncement de la pédale d'accélérateur du véhicule par le conducteur est traduit par le calculateur en une consigne de couple thermique à transmettre aux roues du véhicule. De manière connue en soi, le moteur à combustion interne 1 (par exemple un moteur diesel) fonctionne en mélange pauvre pour la production du 30 couple thermique. Ce couple thermique résulte de la combustion dans le moteur à combustion interne 1 d'un mélange d'air frais (auquel peuvent s'ajouter des gaz brûlés) et de carburant dans des quantités bien définies par le calculateur et dans des proportions inférieures aux proportions stoechiométriques. De ce fait, le moteur à combustion interne 1 émet des oxydes d'azote dans ses gaz brûlés. 9 De ce fait, le procédé tel que décrit dans l'invention vise à commander le moteur à combustion interne introduit précédemment dans le but de réduire ces émissions d'oxydes d'azote. Le procédé comporte tout d'abord une étape de détection de la position 5 de la pédale d'accélérateur. Par exemple, le calculateur peut être adapté à évaluer un taux d'enfoncement de cette pédale. Lors de cette étape, le compresseur électrique 26 demeure à l'arrêt. Seul le compresseur principal 22 est utilisé pour comprimer l'air frais. Si le taux d'enfoncement de la pédale d'accélérateur est supérieur à un 10 seuil prédéterminé, le compresseur électrique 26 est mis en route lors d'une deuxième étape du procédé. Le compresseur électrique 26 comprime alors un mélange de gaz frais. La pression augmente alors dans le répartiteur d'air 25. Cela permet de réduire le temps de réponse du moteur (comparé à celui obtenu avec le seul turbocompresseur) puisque la quantité de gaz (nécessaire pour 15 répondre à l'accélération demandée par le conducteur suite à l'enfoncement de la pédale) est suffisante. Dans le même temps, le calculateur met en oeuvre une troisième étape en agissant sur les moyens de délestage de la turbine 82. Pendant cette étape, la turbine 82 est délestée de manière à réduire la pression en sortie du collecteur 20 d'échappement 81. Ainsi, les deux compresseurs fonctionnent de manière simultanée de manière à permettre une réduction des émissions d'oxydes d'azote. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne (1) comprenant : - un bloc-moteur (10) qui comporte au moins un cylindre (11), - une ligne d'admission (20) de gaz frais dans chaque cylindre (11), - une ligne d'échappement (80) de gaz brûlés hors de chaque cylindre - un turbocompresseur qui comprend une turbine (82) située dans la ligne d'échappement (80) et un compresseur principal (22) situé dans la ligne d'admission (20), - un compresseur électrique (26) situé dans la ligne d'admission (20), et - une ligne de recirculation (30) des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement (80) et qui débouche dans la ligne d'admission (20), caractérisé en ce que la ligne d'admission (20) comporte deux branches parallèles (20A, 20B) qui se rejoignent, dont une première branche (20A) qui comprend le compresseur principal (22) et une seconde branche (20B) qui comprend le compresseur électrique (26), et en ce que la ligne de recirculation (30) débouche dans la seconde branche (20B), en amont du compresseur électrique (26). 2. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1, comprenant également un premier mélangeur (19) situé à la jonction de la première branche (20A) et de la seconde branche (20B) de la ligne d'admission (20). 3. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 2, comprenant également un refroidisseur d'air de suralimentation (23) monté entre le premier mélangeur (19) et le bloc-moteur (10). 4. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première branche (20A) et la seconde branche (20B) de la ligne d'admission (20) prennent naissance dans un tronçon d'entrée (20C) équipé d'un filtre à air (21). 5. Moteur à combustion interne (1) selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant également un deuxième mélangeur (27) situé à la jonction de la seconde branche (20B) de la ligne d'admission (20) et de la ligne de recirculation (30). 6. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des 11 revendications 1 à 5, dans lequel la ligne d'échappement (80) comprend au moins un dispositif de dépollution (83, 84). 7. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 6, dans lequel l'au moins un dispositif de dépollution (83, 84) est monté sur la ligne 5 d'échappement (80) entre la turbine (82) du turbocompresseur et la ligne de recirculation (30). 8. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la ligne de recirculation (30) comporte une vanne de régulation du débit (31). 10 9. Moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant également des moyens de délestage de la turbine (82). 10. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 9 équipant un véhicule automobile, comprenant des étapes de : 15 - détection d'une position d'une pédale d'accélérateur équipant le véhicule automobile, puis si la position détectée traduit un enfoncement de la pédale d'accélérateur, - mise en route du compresseur électrique (26), et 20 - délestage de la turbine (82) à l'aide desdits moyens de délestage.