Brevet FR3076856A1 — publié le 20190719

Ensemble moteur à combustion interne pour l'injection d'un composé anti-cliquetis dans un compresseur L'invention se rapporte à un ensemble moteur combustion interne pour l'injection d'un composé anti- cliquetis dans un compresseur dans lequel circule un flux d'air de suralimentation. De manière connue, des constructeurs automobiles proposent différentes méthodes pour augmenter la puissance du moteur pendant la conduite du véhicule. Une de ces méthodes consiste à injecter de l'air comprimé dans des chambres de combustion en vue d'améliorer leur taux de remplissage. Cette injection a lieu, en particulier, dans un circuit d'admission d'air du moteur situé en amont des chambres de combustion, le circuit d'admission d'air comprenant au moins un compresseur. Le compresseur comprend un carter compresseur à l'intérieur duquel est logée une roue de compresseur apte à comprimer l'air prélevé dans l'atmosphère extérieure. Par exemple, le compresseur peut être entraîné par le moteur (cas d'un compresseur mécanique) ou par une source d'énergie autonome telle qu'un moteur électrique (cas d'un compresseur électrique). Il peut aussi faire partie d'un turbocompresseur, c'est-à-dire être couplé par un arbre à une turbine qui est montée dans le circuit d'échappement du moteur, l'énergie nécessaire à la compression de l'air par la roue de compresseur étant fournie par la détente des gaz d'échappement traversant la turbine. Cette méthode est encore appelée la suralimentation du moteur. Cependant, pour un moteur à allumage commandé (du type fonctionnant par exemple à l'essence), la suralimentation du 30 moteur rend ce dernier plus sensible au cliquetis, un phénomène de combustion non contrôlée du combustible dans la chambre de combustion qui apparaît avant que la combustion ne soit déclenchée par la bougie d'allumage. Le cliquetis se produit généralement à des endroits où la pression et la 2 température sont importantes, notamment au niveau des parois de la chambre de combustion. Le cliquetis se manifeste par un bruit métallique, perceptible à l'oreille ou peut être détecté par un capteur piézo-électrique. Le cliquetis peut dégrader 5 sévèrement le piston, les soupapes, ainsi que les cylindres du moteur. Par ailleurs, la forte suralimentation du moteur a également pour défaut notoire d'élever la température de l'air comprimé injecté qui subit le travail de compression, cette 10 élévation en température induisant également une élévation en température du flux de suralimentation. Sans refroidissement préalable à son admission dans les dispositifs en aval de la chambre de combustion, ce flux d'air comprimé est donc moins dense, ce qui pénalise le remplissage du moteur. Outre la 15 tendance au cliquetis nettement augmentée, le rendement thermodynamique s'en trouve affecté. Enfin, la température de combustion est également augmentée, ce qui participe à la formation d'oxydes d'azote (essentiellement : monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2). 20 Afin de réduire le risque de cliquetis et d'avoir un meilleur rendement thermodynamique, une des solutions existantes consiste à introduire un composé anti-cliquetis dans des chambres de combustion. Par définition, un composé anti-cliquetis est un 25 carburant qui présente un indice d'octane plus élevé que le carburant (par exemple de l'essence) qui est principalement consommé dans le moteur pour la production du couple. Les composés anti-cliquetis couramment utilisés sont de l'éthanol, du méthanol, du méthyle tert-butyle éther (MTBE), de l'éther éthyle tertiobutyle (ETBE). Cette solution est décrite dans le document US 2006/0102146. Dans ce document, le composé anti-cliquetis est soit introduit directement dans les chambres de combustion, 3 soit mélangé au préalable avec de l'essence, le mélange ainsi obtenu étant ensuite envoyé dans les chambres de combustion. Cependant, cette solution reste encore perfectible, notamment en termes d'introduction du composé anti-cliquetis 5 dans les chambres de combustion. En effet, il est à noter qu'un mélange non homogène du composé anti-cliquetis réduit la performance de celui-ci. Ainsi, il est à noter que cette solution fait perdre le bénéfice du refroidissement par l'éthanol et présente l'inconvénient de nécessiter des 10 perçages dans la culasse (pour la mise en place d'injecteurs de composé anti-cliquetis) ce qui peut la fragiliser. Cependant, une autre façon de réduire le risque de cliquetis, et d'avoir un meilleur rendement thermodynamique, consiste alors à utiliser un carburant d'indice d'octane plus 15 élevé que celui de l'essence conventionnelle : par exemple en utilisant de l'E85 ou E100 plutôt qu'une essence de type SP95 ou SP98. L'inconvénient principal lié à l'utilisation de tels carburants est lié au fait que ces carburants possèdent une énergie calorifique plus faible que celle des essences 20 conventionnelles. Par exemple, l'énergie calorifique de l'éthanol est environ égale à 30 MJ/kg, alors que celle d'une essence conventionnelle est environ égale à 47 MJ/kg. Ceci se traduit alors par une consommation de carburant plus élevée à même niveau de performance moteur. 25 Ainsi, un objectif de l'invention est de proposer un ensemble moteur à combustion interne permettant l'introduction d'un composé anti-cliquetis dans les chambres de combustion suite à l'injection d'un tel composé dans un compresseur monté en amont des chambres de combustion, afin, de manière optimale, 30 d'éviter ou prévenir le cliquetis. 4 À cet effet, l'invention concerne un ensemble moteur à combustion interne comprenant : un compresseur dans lequel circule un flux d'air de suralimentation, le compresseur comprenant un ou plusieurs 5 orifices, un réservoir comprenant une composition liquide d'un composé anti-cliquetis, une pompe associée au réservoir et agencée pour amener la composition liquide d'un composé anti-cliquetis du 10 réservoir vers le compresseur, et un injecteur relié au ou aux orifices permettant l'injection de la composition liquide d'un composé anticliquetis à la périphérie intérieure du compresseur. L'ensemble moteur selon l'invention permet, d'une 15 part, de tirer parti de la température aval du compresseur pour permettre l'atomisation du composé anti-cliquetis, et d'autre part de refroidir le flux d'air de suralimentation. Selon une caractéristique de l'invention, la composition liquide d'un composé anti-cliquetis peut être 20 choisie parmi les alcools, de préférence l'éthanol. Cette composition peut également être choisie parmi le méthanol ou encore d'autres composés comme le méthyle tert-butyle éther (MTBE) ou l'éther éthyle tertiobutyle (ETBE). Selon une caractéristique de l'invention, l'injecteur 25 peut comprendre : un appareil de pulvérisation à ultrasons relié audit réservoir pour pulvériser la composition liquide d'un composé anti-cliquetis, une cuve destinée à recevoir la composition 30 liquide d'un composé anti-cliquetis pulvérisée provenant de l'appareil de pulvérisation, une buse de diffusion reliée à ladite cuve et disposée dans le ou les orifices, la buse permettant d'injecter 5 la composition liquide d'un composé anti-cliquetis pulvérisée dans le compresseur, et un ensemble de circulation forcée relié à la cuve et permettant la circulation de la composition liquide d'un 5 composé anti-cliquetis pulvérisée de la cuve vers le compresseur. D'une part, le système de circulation forcée oblige la composition liquide d'un composé anti-cliquetis pulvérisée à se déplacer vers le compresseur. 10 En outre, le composé anti-cliquetis étant pulvérisé, le mélange de celui-ci avec l'air de suralimentation circulant dans le compresseur est réalisé de manière homogène. Selon une caractéristique de l'invention, la cuve peut être une cuve torique. 15 Selon une caractéristique de l'invention, l'injecteur peut être constitué d'un élément injecteur monobloc disposé dans le ou les orifices et permettant l'injection directe de la composition liquide d'un composé anti-cliquetis dans le compresseur. 20 Au sens de la présente, par élément injecteur monobloc, on entend un injecteur unique. Selon une première variante, lorsque le compresseur comprend un unique orifice, il peut comprendre, au niveau de celui-ci, un col de Venturi disposé à l'intérieur du 25 compresseur, la composition liquide d'un composé anticliquetis pouvant alors être injectée à la périphérie du compresseur et se mélanger directement avec le flux d'air de suralimentation. Au sens de la présente demande, par un unique orifice, 30 on entend un orifice réalisé au travers du compresseur de façon à ce que, par exemple, soit un bec d'un élément injecteur, soit une buse de diffusion, puissent permettre l'injection d'un composé anti-cliquetis à l'intérieur du compresseur. 6 La présence du col du Venturi dans le compresseur permet de baisser la pression à ce niveau, ce qui facilite l'entrée du composé anti-cliquetis dans le compresseur. Ainsi, le composé anti-cliquetis peut être introduit dans le 5 compresseur malgré une pression élevée de l'air de suralimentation qui y circule. Par ailleurs, étant donné que le composé anticliquetis débouche dans le col du Venturi, le mélange homogène du composé anti-cliquetis avec l'air de suralimentation est 10 réalisé avant qu'il ne soit distribué à tous les dispositifs en aval du compresseur. Ainsi, le mélange homogène du composé anti-cliquetis avec l'air de suralimentation est envoyé dans chacun des dispositifs en aval du compresseur, ce qui permet une répartition homogène du composé anti-cliquetis dans chacun 15 de ces dispositifs, donc une performance optimale du composé anti-cliquetis pour prévenir le cliquetis. Selon une deuxième variante, lorsque le compresseur comprend au moins deux orifices, une paroi secondaire de séparation peut être disposée à l'intérieur du compresseur et 20 s'étend le long dudit compresseur au niveau des orifices pour séparer le centre du compresseur à travers lequel circule le flux d'air de suralimentation de sa zone périphérique au niveau de laquelle est injectée la composition liquide d'un composé anti-cliquetis, la paroi secondaire de séparation étant 25 agencée de façon que le flux d'air de suralimentation et la composition liquide d'un composé anti-cliquetis ne se mélangent pas directement lors l'injection, dans le compresseur, de la composition liquide d'un composé anticliquetis. 30 Cette paroi secondaire permet de séparer le composé anti-cliquetis injecté dans le compresseur du flux de suralimentation circulant au centre de celui-ci. De cette façon, le composé anti-cliquetis injecté à la périphérie intérieure du compresseur ne se mélange pas directement avec 7 le flux d'air de suralimentation qui est guidé au centre du compresseur par la paroi secondaire. Toutefois, comme avec un col de venturi, le mélange homogène du composé anti-cliquetis avec l'air de suralimentation est réalisé avant qu'il ne soit 5 distribué à tous les dispositifs en aval du compresseur. Ainsi, le mélange homogène du composé anti-cliquetis avec l'air de suralimentation est envoyé dans chacun des dispositifs en aval du compresseur, ce qui permet une répartition homogène du composé anti-cliquetis dans chacun de ces dispositifs, donc 10 une performance optimale du composé anti-cliquetis pour prévenir le cliquetis. Au sens de la présente demande, par au moins deux orifices, on entend soit deux orifices traversant le compresseur et étant en positionnés en vis-à-vis, soit au moins 15 deux orifices réalisés sur la longueur du compresseur et étant côte à côte et agencés de manière que des buses de diffusions puissent y être introduites. Selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble peut en outre comprendre : 20 un détecteur de cliquetis apte à envoyer un signal lorsque du cliquetis est identifié ; un estimateur de débit du flux d'air de suralimentation ; une électrovanne disposée entre le réservoir de la 25 composition liquide d'un composé anti-cliquetis et les orifices du compresseur ; une centrale de contrôle destiné à commander l'électrovanne pour introduire une quantité de composé anticliquetis adaptée en fonction du signal du détecteur de 30 cliquetis et de l'estimateur de débit du flux d'air de suralimentation. Par ailleurs, un véhicule automobile peut comprendre l'ensemble moteur ci-avant décrit. 8 Il est à noter que le flux d'air de suralimentation provient de la roue de compresseur située dans le carter-compresseur, le compresseur étant quant à lui situé dans un circuit d'admission du moteur situé en amont des chambres de 5 combustion du moteur. D'autres caractéristiques et avantages innovants ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 10 - la figure 1 représente, de manière schématique, une vue en coupe d'un ensemble moteur selon un premier exemple de réalisation selon l'invention comprenant un compresseur présentant un unique orifice et un élément injecteur monobloc dans cet orifice, 15 - la figure 2 représente, de manière schématique, une vue en coupe d'un ensemble moteur selon un deuxième exemple de réalisation selon l'invention comprenant un compresseur présentant deux orifices et un élément injecteur monobloc dans chacun de ces orifices, 20 - la figure 3 représente, de manière schématique, une vue en coupe d'un ensemble moteur selon un troisième exemple de réalisation selon l'invention comprenant un compresseur présentant plus de deux orifices et deux injecteurs, et - la figure 4 représente, de manière schématique, une 25 vue en coupe d'un ensemble moteur selon un quatrième exemple de réalisation selon l'invention comprenant un compresseur présentant un unique orifice un injecteur. Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques, présents dans plusieurs figures distinctes, sont 30 affectés d'une seule et même référence numérique ou alphanumérique. En référence à la figure 1, un premier exemple de réalisation d'un ensemble moteur selon l'invention est illustré. L'ensemble moteur comprend un compresseur 10 dans 9 lequel circule un flux d'air de suralimentation AA, le compresseur présentant un unique orifice 120. À l'intérieur de ce compresseur 10 et au niveau de l'orifice 120 est disposé un col de Venturi 140. Il est à noter que le flux d'air de 5 suralimentation AA est issu de la compression de l'air d'alimentation du moteur qui est prélevé dans l'atmosphère extérieure. Cette compression est réalisée dans une roue de compresseur (non représentée dans les figures) du compresseur 10. En d'autres termes, le flux d'air de suralimentation AA de 10 la figure 1 désigne un flux d'air déjà comprimé. Ainsi, est placé à l'intérieur de cet orifice 120, un élément injecteur 20 monobloc permettant l'injection directe d'une composition liquide d'un composé anti-cliquetis dans le compresseur 10 qui se situe en aval de la roue de compresseur. 15 Il est en effet préférable que le composé anti- cliquetis soit injecté en aval de la roue de compresseur. En effet, si un tel composé était injecté en amont de la roue de compresseur, des gouttelettes de composé anti-cliquetis finiraient par ronger la roue de compresseur et par endommager 20 le compresseur 10. Le composé anti-cliquetis rentre alors dans le compresseur 10 via l'unique orifice 120 pratiqué sur une paroi du compresseur 10. Le col du Venturi 140 est alors placé dans l'alignement de l'unique orifice 120, ou plus exactement du 25 bec de l'élément injecteur 20. Le bec de l'élément injecteur 20 est associé un joint d'étanchéité de façon à rendre étanche l'orifice 120 une fois l'élément injecteur 20 introduit à l'intérieur de celui-ci. L'ensemble moteur comprend en outre un réservoir 30 30 qui contient un composé anti-cliquetis, par exemple de l'éthanol, sous forme liquide. Ce réservoir 30 est associé à une pompe 70 pour amener la composition liquide du composé anti-cliquetis du réservoir 30 vers le compresseur 10, et en particulier vers l'élément injecteur 20. 10 Dans cet exemple, la composition liquide d'un composé anti-cliquetis est en particulier injectée à la périphérie du compresseur 10 et se mélange directement avec le flux d'air de suralimentation AA qui circule à l'intérieur du compresseur. 5 De cette façon, en aval de l'élément injecteur 20, le flux résultant (représenté par la flèche BB sur la figure) est composé d'un mélange d'air de suralimentation et du composé anti-cliquetis. Il est à noter que le but de la mise en place du col 10 du Venturi 140 est de faire baisser localement la pression dans le compresseur 10 afin de faciliter l'introduction du composé anti-cliquetis directement dans le flux d'air de suralimentation AA qui circule dans le compresseur 10. Par ailleurs, il est également à noter que le composé 15 anti-cliquetis est stocké dans le réservoir 30 à une pression atmosphérique Patin. Lorsque le flux d'air de suralimentation AA circule dans le compresseur 10, la pression Pi dans le compresseur 10 devient plus élevée que la pression atmosphérique Patm. Il faut donc trouver un moyen pour faire 20 baisser localement la pression dans le compresseur 10 pour pouvoir y introduire le composé anti-cliquetis. Dans ce premier exemple de réalisation, on dispose le col de Venturi 140 au niveau de l'unique orifice 120, car de manière connue en soi, la vitesse du flux d'air de 25 suralimentation AA au niveau du col du Venturi 140 augmente, ce qui a pour conséquence de baisser la pression du flux d'air de suralimentation AA cet endroit une pression P2 inférieure à la pression Pi du flux d'air de suralimentation AA dans le compresseur 10. En d'autres termes, la baisse locale 30 de la pression aspire le composé anti-cliquetis dans le compresseur 10. Le rapport entre le diamètre du col de Venturi di et le diamètre d2 de la partie radialement non rétrécie du compresseur 10 (i.e. des autres sections du compresseur avant 11 et après le col) peut être déterminé grâce à l'équation suivante : (Equ .1) Pi - P2 - 1/2 . p .v12 . [ (d2/d1) 2 - 11 avec : 5 - P1 : la pression statique en amont du col ; - P2 : la pression statique dans le col ; - p : la masse volumique du mélange air-composé anti-cliquetis, calculée à partir du ratio air-composé anti-cliquetis qui est prévu ; 10 - vl : la vitesse du flux d'air de suralimentation en amont du col. Le rapport des diamètres sera choisi de telle sorte que les deux conditions suivantes soient remplies simultanément : 15 - P1 - P2 > 0 ; et - vitesse de l'écoulement reste dans le domaine subsonique, i.e. v1 REVENDICATIONS1. Ensemble moteur à combustion interne comprenant : un compresseur (10, 11, 12, 13) dans lequel circule un flux d'air de suralimentation (AA), ledit compresseur (10, 11, 12, 13) comprenant un ou plusieurs orifices (120, 121A, 1211B, 122, 123), - un réservoir (30) comprenant une composition liquide d'un composé anti-cliquetis, - une pompe (70) associée audit réservoir (30) et agencée pour amener ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis dudit réservoir (30) vers ledit compresseur (10, 11, 12, 13), et - un injecteur (20, 21, 200, 201) relié audit ou auxdits orifices (120, 121A, 121B, 122, 123) permettant l'injection de ladite composition liquide d'un composé anticliquetis à la périphérie intérieure dudit compresseur (10, 11, 12, 13). 2. Ensemble selon la revendication 1, selon lequel ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis est une composition comprenant de l'éthanol. 3. Ensemble selon les revendications 1 ou 2, selon lequel ledit injecteur (200, 201) comprend : - un appareil de pulvérisation (40) à ultrasons relié audit réservoir (30) pour pulvériser ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis, - une cuve (50) destinée à recevoir ladite 30 composition liquide d'un composé anti-cliquetis pulvérisée provenant dudit appareil de pulvérisation (40), - une buse de diffusion (80) reliée à ladite cuve (50) et disposée dans ledit ou lesdits orifices (120, 121A, 121B, 122, 123), ladite buse (80) permettant d'injecter ladite 20 opmposition liquide d'un composé anti-cliquetis pulvérisée dans ledit compresseur (10, 11, 12, 13), et un ensemble de circulation forcée (60) relié à ladite cuve (50) et permettant la circulation de ladite 5 composition liquide d'un composé anti-cliquetis pulvérisée de ladite cuve (50) vers ledit compresseur (10, 11, 12, 13). 4. Ensemble selon la revendication 3, selon lequel ladite cuve (50) est une cuve torique. 10 5. Ensemble selon les revendications 1 ou 2, selon lequel ledit injecteur (20, 21, 200, 201) est constitué d'un élément injecteur (20, 21) monobloc disposé dans le ou les orifices (120, 121A, 121B, 122, 123) et permettant l'injection 15 directe de ladite composition liquide d'un composé anticliquetis dans ledit compresseur (10, 11, 12, 13). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lorsque ledit compresseur (10, 11, 12, 13) 20 comprend un unique orifice (120, 121A, 121B, 122, 123) au niveau duquel un col de Venturi (140, 141) est disposé à l'intérieur dudit compresseur (10, 11, 12, 13), ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis est alors injectée à la périphérie dudit compresseur (10, 11, 12, 13) et se mélange directement 25 avec ledit flux d'air de suralimentation (AA). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, selon lequel, lorsque ledit compresseur (10, 11, 12, 13) comprend au moins deux orifices (120, 121A, 121B, 122, 123), une paroi secondaire (160) de séparation est disposée à l'intérieur dudit compresseur (10, 11, 12, 13) et s'étend le long dudit compresseur (10, 11, 12, 13) au niveau desdits orifices (120, 121A, 121B, 122, 123) pour séparer le centre dudit compresseur (10, 11, 12, 13) à travers lequel circule 21 ledit flux d'air de suralimentation (AA) de sa zone périphérique au niveau de laquelle est injectée ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis, ladite paroi secondaire (160) de séparation étant agencée de façon que ledit 5 flux d'air de suralimentation (AA) et ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis ne se mélangent pas directement lors de l'injection directe de ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis dans ledit compresseur (10, 11, 12, 13). 10 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre : - un détecteur de cliquetis apte à envoyer un signal lorsque des cliquetis sont identifiés ; 15 - un estimateur de débit dudit flux d'air de suralimentation (AA) - une électrovanne disposée entre ledit réservoir (30) de ladite composition liquide d'un composé anti-cliquetis et lesdits orifices (120, 121A, 121B, 122, 123) dudit 20 compresseur (10, 11, 12, 13) ; une centrale de contrôle destiné à commander ladite électrovanne pour introduire une quantité de composé anti-cliquetis adaptée en fonction dudit signal dudit détecteur de cliquetis et dudit estimateur de débit dudit flux 25 d'air de suralimentation (AA). 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.