FR2924470A1 - Multifuel internal combustion engine for motor vehicle, has exhaust gas recirculation device activated when engine consumes fuel, where device has exhaust duct in downstream of engine and supply duct in upstream of engine - Google Patents
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Abstract
Description
Moteur multicarburant à combustion interne et procédé de régulation de la suralimentation en gaz d'échappement recirculés d'un tel moteur La présente invention concerne les moteurs multicarburant pouvant être alimenté aussi bien avec un carburant standard, tel que l'essence, qu'avec un carburant enrichi en oxygène tel que l'éthanol. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to multi-fuel engines that can be fed with a standard fuel, such as gasoline, as well as with a fuel. oxygen enriched fuel such as ethanol.
Lors du fonctionnement d'un moteur classique de véhicule automobile avec un 10 carburant essence, le carburant est compressé dans la chambre de combustion avec un taux de compression voisin de 9. When operating a conventional motor vehicle engine with a gasoline fuel, the fuel is compressed in the combustion chamber with a compression ratio of about 9.
On désigne par taux de compression, le rapport du volume de la chambre de combustion du moteur, lorsque le piston est au point mort bas, sur le volume de 15 la chambre de combustion du moteur, lorsque le piston est au point mort haut. Compression ratio means the ratio of the volume of the combustion chamber of the engine, when the piston is at the bottom dead point, to the volume of the combustion chamber of the engine, when the piston is in the top dead center.
Le taux de compression modifie le comportement du moteur. Si on utilisait de l'éthanol, pour un moteur paramétré pour fonctionner avec de l'essence, les performances du moteur seraient médiocres. C'est pourquoi, il est courant 20 d'augmenter le taux de compression du moteur aux alentours de 11 avec de l'éthanol, afin d'obtenir des performances équivalentes au fonctionnement avec de l'essence. The compression ratio changes the behavior of the engine. If ethanol was used, for a motor set to run on gasoline, engine performance would be poor. Therefore, it is common to increase the engine compression ratio to about 11 with ethanol, in order to achieve performance equivalent to running with gasoline.
Cependant, le fonctionnement du moteur à un taux de compression de 11 avec de 25 l'essence est déconseillé. La limite cliquetis du moteur est déplacée ce qui entraîne des pics de chaleur dans les cylindres du moteur ainsi qu'une augmentation du risque de dégradation des éléments du moteur. However, the operation of the engine at a compression ratio of 11 with petrol is discouraged. The rattling limit of the engine is displaced which leads to heat peaks in the engine cylinders and an increased risk of degradation of the engine components.
On connaît des moteurs multicarburant prévus pour fonctionner avec différents 30 carburants à consommer à des taux de compression différents, tels que par exemple l'essence et l'éthanol ou un mélange de ceux-ci. Ces moteurs font l'objet d'un compromis : soit ils présentent un taux de compression adapté au premier carburant et fonctionnent alors en mode dégradé lorsqu'il est question de consommer le deuxième carburant ; soit ils présentent un taux de compression 35 adapté au deuxième carburant et fonctionnent alors en mode dégradé lorsqu'il est question de consommer le premier carburant. Multi-fuel engines are known to operate with different fuels to be consumed at different compression ratios, such as, for example, gasoline and ethanol or a mixture thereof. These engines are the subject of a compromise: either they have a compression ratio adapted to the first fuel and then operate in degraded mode when it is question of consuming the second fuel; or they have a compression ratio 35 adapted to the second fuel and then operate in degraded mode when it comes to consume the first fuel.
Afin de remédier à certains de ces inconvénients, la demanderesse propose un moteur multicarburant à combustion interne agencé pour consommer un premier carburant, adapté pour être consommé à un premier taux de compression, et un deuxième carburant, adapté pour être consommé à un deuxième taux de compression supérieur au premier taux de compression, le moteur comportant un dispositif de recirculation de gaz d'échappement, caractérisé par le fait que le moteur est configuré pour fonctionner avec le deuxième taux de compression le plus élevé, le dispositif de recirculation de gaz d'échappement étant activé lorsque le moteur consomme le premier carburant. In order to overcome some of these drawbacks, the Applicant proposes a multi-fuel internal combustion engine arranged to consume a first fuel, adapted to be consumed at a first compression ratio, and a second fuel, adapted to be consumed at a second rate of compression. compression greater than the first compression ratio, the engine comprising an exhaust gas recirculation device, characterized in that the engine is configured to operate with the second highest compression ratio, the gas recirculation device exhaust being activated when the engine consumes the first fuel.
Le moteur peut ainsi fonctionner indifféremment avec l'un ou l'autre des carburants dans des conditions optimales dans la mesure où la recirculation des gaz d'échappement permet de consommer le premier carburant à un taux de compression supérieur. Les deux carburants sont ainsi consommés à un taux de compression élevé, l'un (le deuxième) tel quel et l'autre (le premier) additionné de gaz recirculés. La recirculation des gaz d'échappement peut également être activée lorsque le moteur consomme le deuxième carburant. The engine can thus operate indifferently with one or the other fuels in optimal conditions to the extent that the recirculation of the exhaust gases makes it possible to consume the first fuel at a higher compression ratio. The two fuels are thus consumed at a high compression ratio, one (the second) as is and the other (the first) supplemented with recirculated gas. Exhaust gas recirculation can also be activated when the engine consumes the second fuel.
De plus, la recirculation des gaz d'échappement permet de limiter l'émission de 20 dioxydes d'azote (NOX), ce qui permet de contribuer à la protection de l'environnement. In addition, the recirculation of the exhaust gases makes it possible to limit the emission of nitrogen oxides (NOx), which makes it possible to contribute to the protection of the environment.
Par ailleurs, l'augmentation du taux de compression a pour effet de diminuer la consommation de carburant. 25 De préférence, le moteur est agencé pour consommer un mélange de carburants à consommer à au moins deux taux de compression différents, dans lequel le taux de recirculation du dispositif de recirculation de gaz d'échappement est une fonction décroissante de la quantité relative, dans le mélange, du carburant à 30 consommer au taux le plus élevé. In addition, the increase in the compression ratio has the effect of reducing fuel consumption. Preferably, the engine is arranged to consume a mixture of fuels to be consumed at at least two different compression ratios, wherein the recirculation rate of the exhaust gas recirculation device is a decreasing function of the relative amount, in the mixture, the fuel to be consumed at the highest rate.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur comprend un système de régulation des gaz recirculés agencé pour réguler le taux de recirculation. According to another characteristic of the invention, the engine comprises a recirculated gas control system arranged to regulate the recirculation rate.
35 Le cas échéant, le système de régulation comprend un module d'identification du carburant ou du mélange carburant à consommer. If necessary, the regulation system comprises a module for identifying the fuel or the fuel mixture to be consumed.
De préférence, le dispositif de recirculation de gaz d'échappement recirculés comprend une conduite d'échappement située en aval du moteur, une conduite d'alimentation située en amont du moteur et une conduite de recirculation reliant la conduite d'échappement à la conduite d'alimentation, une vanne de recirculation étant disposée dans la conduite de recirculation. Preferably, the recirculated exhaust gas recirculation device comprises an exhaust pipe located downstream of the engine, a feed pipe located upstream of the engine and a recirculation pipe connecting the exhaust pipe to the fuel pipe. supply, a recirculation valve being disposed in the recirculation line.
De préférence encore, le système de régulation comprend un module d'estimation de recirculation agencé pour mesurer la quantité de gaz recirculés dans la conduite de recirculation lors de l'ouverture de la vanne de recirculation. De préférence toujours, le système de régulation comprend un module de commande de la vanne de recirculation. More preferably, the control system comprises a recirculation estimation module arranged to measure the amount of recirculated gas in the recirculation line during the opening of the recirculation valve. Preferably still, the control system comprises a control module of the recirculation valve.
L'invention concerne également un procédé de régulation de la suralimentation 15 en gaz d'échappement recirculés d'un moteur multicarburant à combustion interne, agencé pour consommer un premier carburant, adapté pour être consommé à un premier taux de compression, et un deuxième carburant, adapté pour être consommé avec un deuxième taux de compression supérieur au taux de compression, le moteur étant configuré pour fonctionner avec le deuxième taux 20 de compression le plus élevé, procédé dans lequel: on mesure la fraction de deuxième carburant dans un mélange carburant comprenant lesdits premier et deuxième carburant; on calcule un volume de référence de gaz recirculés en fonction de ladite fraction de carburant; 25 on mesure un volume efficace de gaz recirculés dans les gaz d'admission du moteur; et on régule le volume efficace de gaz recirculés dans les gaz d'admission afin qu'il soit égal au volume de référence de gaz recirculés calculé. The invention also relates to a method for regulating the supercharging of recirculated exhaust gas from an internal combustion multi-fuel engine, arranged to consume a first fuel, adapted to be consumed at a first compression ratio, and a second fuel , adapted to be consumed with a second compression ratio greater than the compression ratio, the engine being configured to operate with the second highest compression ratio, wherein: the second fuel fraction is measured in a fuel mixture comprising said first and second fuel; a reference volume of recirculated gas is calculated as a function of said fuel fraction; An effective volume of recirculated gas is measured in the engine intake gases; and controlling the effective volume of recirculated gas in the inlet gas to be equal to the calculated recirculated gas reference volume.
30 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit du système de l'invention. Other features and advantages will become apparent from the following description of the system of the invention.
La figure unique représente le système d'alimentation en gaz d'admission d'un moteur multicarburant à combustion interne selon l'invention avec un dispositif 35 d'alimentation en carburant standard et un dispositif d'alimentation en carburant oxygéné.10 En référence à la figure unique, un moteur multicarburant à combustion interne 1 de véhicule automobile est alimenté en gaz d'admission 40 par une conduite d'alimentation 100. Le moteur 1 comprend un dispositif de recirculation de gaz d'échappement comportant une conduite d'échappement située en aval du moteur et une conduite de recirculation reliant la conduite d'échappement à la conduite d'alimentation. Une fois les gaz d'admission 40 brûlé dans le moteur 1, des gaz d'échappement sont expulsés du moteur 1 via la conduite d'échappement 200, une fraction des gaz d'échappement étant déviée dans la conduite de recirculation 300 reliant la partie amont de la conduite d'échappement 200 à la partie aval de la conduite d'alimentation 100. The single figure shows the intake gas supply system of a multi-fuel internal combustion engine according to the invention with a standard fuel supply device and an oxygenated fuel supply device. the single figure, a multi-fuel internal combustion engine 1 of a motor vehicle is supplied with intake gas 40 by a supply line 100. The engine 1 comprises an exhaust gas recirculation device comprising an exhaust pipe located downstream of the engine and a recirculation line connecting the exhaust line to the supply line. Once the intake gases 40 have been burned in the engine 1, exhaust gases are expelled from the engine 1 via the exhaust pipe 200, a fraction of the exhaust gases being diverted into the recirculation line 300 connecting the part upstream of the exhaust pipe 200 to the downstream portion of the feed pipe 100.
On définit les termes aval et amont en fonction du sens des écoulements, les gaz se déplaçant de l'amont vers l'aval dans une conduite. The downstream and upstream terms are defined as a function of the flow direction, the gases moving from upstream to downstream in a pipe.
La conduite d'alimentation 100 comprend une entrée en carburant, une entrée en gaz recirculés, via la conduite de recirculation 300, et une entrée en air frais 41 fournissant l'oxygène nécessaire à la combustion dans le moteur 1. The feed pipe 100 comprises a fuel inlet, a recirculated gas inlet via the recirculation pipe 300, and a fresh air inlet 41 supplying the oxygen necessary for combustion in the engine 1.
Une vanne de recirculation 310, disposée dans la conduite de :recirculation 300, est ici agencée pour réguler la fraction des gaz d'échappement injectée dans la conduite de recirculation 300. Une telle vanne 310 est bien connue de l'homme du métier sous sa dénomination anglaise vanne EGR. A recirculation valve 310, disposed in the recirculation line 300, is here arranged to regulate the fraction of the exhaust gas injected into the recirculation pipe 300. Such a valve 310 is well known to those skilled in the art under its control. English name EGR valve.
Les gaz d'admission 40 sont ainsi composés de carburant, d'air frais et de gaz d'échappement recirculés. Le carburant se présente sous la forme d'un mélange carburant 30 composé d'un premier carburant standard 12, ici de l'essence adapté pour être consommé à un premier taux de compression de 9, et d'un deuxième carburant oxygéné 22, ici de l'éthanol adapté pour être consommé à un deuxième taux de compression de 11. Les deux carburants 12, 22 sont stockés respectivement dans un réservoir d'essence 11 et un réservoir d'éthanol 21, un dispositif d'admission en essence 20 et un dispositif d'admission en éthanol 10 permettant respectivement de prélever les carburants 22, 12 dans les réservoirs 21, 11 afin de former le mélange carburant 30. The intake gases 40 are thus composed of fuel, fresh air and recirculated exhaust gas. The fuel is in the form of a fuel mixture composed of a first standard fuel 12, here gasoline adapted to be consumed at a first compression ratio of 9, and a second oxygenated fuel 22, here ethanol adapted to be consumed at a second compression ratio of 11. The two fuels 12, 22 are respectively stored in a fuel tank 11 and an ethanol reservoir 21, a gasoline intake device 20 and an ethanol intake device 10 for respectively taking the fuels 22, 12 in the tanks 21, 11 to form the fuel mixture 30.
Le moteur est configuré pour fonctionner avec le taux de compression le plus élevé, c'est-à-dire avec celui de l'éthanol. The motor is configured to operate with the highest compression ratio, that is, with ethanol.
Un système de régulation embarqué 50, commandé par une carte de circuit imprimé programmée 25, comprend des modules permettant de réguler la fraction des gaz recirculés dans les gaz d'admission 40 en fonction de la composition du mélange carburant 30. An on-board control system 50, controlled by a programmed printed circuit board 25, comprises modules making it possible to regulate the fraction of the recirculated gases in the intake gases 40 as a function of the composition of the fuel mixture 30.
Le système de régulation embarqué 50 comprend un module 35 d'identification du carburant ou du mélange carburant (30) à consommer. Il s'agit dans le présent exemple d'un module d'estimation du taux d'éthanol 22 dans le mélange carburant 30. Le module d'estimation d'éthanol 35, relié à la carte de circuit imprimé programmée 25, permet de mesurer, via des capteurs., la proportion en volume d'éthanol 22 dans le mélange carburant 30. The onboard control system 50 comprises a module 35 for identifying the fuel or fuel mixture (30) to be consumed. In the present example, this is a module for estimating the level of ethanol 22 in the fuel mixture 30. The ethanol estimation module 35, connected to the programmed printed circuit board 25, makes it possible to measure , via sensors., the volume proportion of ethanol 22 in the fuel mixture 30.
Il va de soi que la proportion d'éthanol 22 peut être également connue par les dispositifs d'admission 10, 20 lors de l'admission des carburants, chaque dispositif 10, 20 transmettant au système de régulation embarqué 50 les volumes de carburant prélevés dans chacun des réservoirs 11, 21. It goes without saying that the proportion of ethanol 22 can also be known by the intake devices 10, 20 during the admission of the fuels, each device 10, 20 transmitting to the onboard control system 50 the volumes of fuel taken from each of the reservoirs 11, 21.
Le système de régulation embarqué 50 comprend également un module d'estimation du taux de recirculation 305, le taux de recirculation correspondant au rapport du volume effectif de gaz recirculés dans la conduite par rapport au volume maximal de gaz pouvant être recirculés dans la conduite. Le module d'estimation du taux de recirculation 305, relié à la carte de circuit imprimé programmée 25, permet de mesurer, via des capteurs, le volume effectif de gaz d'échappement recirculés dans la conduite de recirculation 300, lesdits gaz recirculés venant s'ajouter à l'air frais et au mélange carburant 30 pour former les gaz d'admission 40. The on-board regulation system 50 also comprises a recirculation rate estimation module 305, the recirculation rate corresponding to the ratio of the actual volume of gas recirculated in the pipe relative to the maximum volume of gas that can be recirculated in the pipe. The recirculation rate estimation module 305, connected to the programmed printed circuit board 25, makes it possible to measure, via sensors, the actual volume of recirculated exhaust gas in the recirculation line 300, said recirculated gases coming from add to the fresh air and the fuel mixture to form the inlet gases 40.
Le système de régulation embarqué 50 comprend, en outre, un module 315 de commande de la vanne EGR de recirculation 310. Le module de commande 315, relié à la carte de circuit imprimé programmée 25, permet de réguler la fraction des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation 300 en commandant le degré d'ouverture de la vanne de recirculation 310. The onboard control system 50 furthermore comprises a control module 315 for the recirculation EGR valve 310. The control module 315, connected to the programmed printed circuit board 25, makes it possible to regulate the fraction of the exhaust gases. in the recirculation line 300 by controlling the degree of opening of the recirculation valve 310.
Le système de régulation embarqué 50 reçoit des informations de conduite via un module 5 d'analyse des conditions moteur. Lors de la conduite, le moteur 1 est différemment sollicité selon les commandes du conducteur, la charge du véhicule ou le relief de la route. Ces informations de conduite évoluent au cours du temps et sont transmises, en temps réel, au module d'analyse des conditions moteur 5, ce qui permet de réguler l'alimentation et le fonctionnement du moteur 1. The on-board control system 50 receives driving information via an engine condition analysis module. When driving, the engine 1 is differently solicited according to the commands of the driver, the load of the vehicle or the relief of the road. This driving information evolves over time and is transmitted, in real time, to the engine condition analysis module 5, which regulates the power supply and the operation of the engine 1.
Plus particulièrement, les informations de conduite modifient la fraction 5 d'essence dans le mélange carburant 30, le carburant essence étant utilisé, plus favorablement, lors d'un fonctionnement du moteur à forte charge. More particularly, the driving information modifies the fraction of gasoline in the fuel mixture 30, the gasoline fuel being used, more favorably, during operation of the high load engine.
Exemple de mise en oeuvre de l'invention Example of implementation of the invention
10 L'invention sera encore mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant de mise en oeuvre de l'invention. The invention will be better understood with the aid of the following example of implementation of the invention.
Le moteur 1 est ici configuré pour fonctionner avec un taux de compression de 11, c'est-à-dire celui d'un carburant avec un fort taux d'éthanol. 15 Dans cet exemple de mise en oeuvre, le moteur 1 est alimenté avec un mélange carburant 30 avec un fort taux d'éthanol 22, ce taux étant mesuré par le module d'estimation d'éthanol 35. La mesure du taux d'éthanol est transmise au système de régulation embarqué 50 qui calcule un volume de référence Vref de gaz 20 d'échappement recirculés en fonction de ladite valeur d'éthanol. The engine 1 is here configured to operate with a compression ratio of 11, that is to say that of a fuel with a high level of ethanol. In this exemplary embodiment, the engine 1 is fed with a fuel mixture with a high ethanol content 22, this level being measured by the ethanol estimation module 35. The measurement of the ethanol content is transmitted to the onboard control system 50 which calculates a reference volume Vref of recirculated exhaust gas according to said ethanol value.
Plus le mélange carburant 30 est oxygéné, plus le volume de référence Vref de gaz recirculés dans les gaz d'admission 40 est faible. The more the fuel mixture is oxygenated, the lower the reference volume Vref of recirculated gas in the inlet gas 40.
25 Le module d'estimation du taux de recirculation 305 mesure le volume effectif Veff de gaz recirculés 22 dans la conduite de recirculation 300. Le volume effectif Veff est ensuite comparé au volume de référence Vref. The recirculation rate estimation module 305 measures the effective volume Veff of recirculated gases 22 in the recirculation line 300. The actual volume Veff is then compared to the reference volume Vref.
Si la valeur de Veff est inférieure à la valeur de Vref, le système de régulation 30 embarqué 50 envoie un ordre au module 315 de commande de la vanne de recirculation 310 pour augmenter le degré d'ouverture de la vanne et ainsi augmenter le volume effectif de gaz recirculés Veff dans la conduite de recirculation 300. If the value of Veff is lower than the value of Vref, the onboard control system 50 sends an order to the control module 315 of the recirculation valve 310 to increase the degree of opening of the valve and thus increase the effective volume of recirculated gases Veff in the recirculation line 300.
35 Inversement, si la valeur de Veff est supérieure à la valeur de Vref, le système de régulation embarqué 50 envoie un ordre au module 315 de commande de la vanne de recirculation 310 pour diminuer le degré d'ouverture de la vanne et ainsi diminuer le volume effectif de gaz recirculés Veff dans la conduite de recirculation 300. Conversely, if the value of Veff is greater than the value of Vref, the on-board regulation system 50 sends an order to the control module 315 of the recirculation valve 310 to reduce the degree of opening of the valve and thus reduce the effective volume of recirculated gases Veff in the recirculation line 300.
Le système 50 permet ainsi de réguler en temps réel le taux de recirculation du 5 moteur. The system 50 thus makes it possible to regulate in real time the rate of recirculation of the motor.
En fonction des informations de conduite reçues par le module 5 d'analyse des conditions moteurs, la valeur du volume de référence Vref est modifié. Ainsi lorsque le moteur 1 fonctionne à forte charge, le fraction (l'essence dans le 10 mélange carburant 30 augmente, entraînant une augmentation de la suralimentation en air. Depending on the driving information received by the engine condition analysis module 5, the value of the reference volume Vref is changed. Thus, when the engine 1 is running at high load, the fraction (gasoline in the fuel mixture 30 increases, causing an increase in the air boost.
Dans le cas d'un mélange de plusieurs carburants adaptés pour être consommés à des taux différents, le moteur est configuré pour fonctionner avec le carburant 15 ayant le taux le plus élevé. On régule le taux de recirculation des gaz recirculés en fonction de la quantité relative dudit carburant, ayant le taux le plus élevé, dans le mélange de plusieurs carburants. 20 In the case of a mixture of several fuels adapted to be consumed at different rates, the engine is configured to operate with the fuel having the highest rate. The rate of recirculation of the recirculated gases is regulated according to the relative amount of said fuel, having the highest rate, in the mixture of several fuels. 20
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-
2007
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| CN107299864A (en) * | 2016-04-14 | 2017-10-27 | 福特环球技术公司 | System and method for reducing microparticle matter exhaust |
| CN107299864B (en) * | 2016-04-14 | 2022-05-13 | 福特环球技术公司 | System and method for reducing particulate matter emissions |
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