FR3060054A1 - PROCESS FOR RECIRCULATING GASES BURNED WITH AN ELECTRICAL COMPRESSOR - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de recirculation des gaz brulés avec un compresseur (5) électrique comportant une étape de mise en fonctionnement du compresseur (5) électrique lors d'une phase de faible régime et forte charge du moteur. L'invention concerne également l'ensemble moteur associé.The present invention relates to a method for recirculating burnt gases with an electric compressor (5) comprising a step of operating the electric compressor (5) during a phase of low speed and high load of the engine. The invention also relates to the associated motor assembly.
Description
© N° de publication : 3 060 054 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication no .: 3,060,054 (to be used only for reproduction orders)
©) N° d’enregistrement national : 16 62409 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE©) National registration number: 16 62409 ® FRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLENATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY
COURBEVOIE © Int Cl8 : F 02 B 37/04 (2017.01), F 02 M 26/06, B 60 K 13/02COURBEVOIE © Int Cl 8 : F 02 B 37/04 (2017.01), F 02 M 26/06, B 60 K 13/02
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
PROCEDE DE RECIRCULATION DES GAZ BRULES AVEC UN COMPRESSEUR ELECTRIQUE.METHOD FOR RECIRCULATION OF BURNED GASES WITH AN ELECTRIC COMPRESSOR.
La présente invention concerne un procédé de recirculation des gaz brûlés avec un compresseur (5) électrique comportant une étape de mise en fonctionnement du compresseur (5) électrique lors d'une phase de faible régime et forte charge du moteur.The present invention relates to a process for recirculating burnt gases with an electric compressor (5) comprising a step of putting the electric compressor (5) into operation during a phase of low speed and high load of the engine.
L'invention concerne également l'ensemble moteur associé.The invention also relates to the associated motor assembly.
FR 3 060 054 - A1FR 3 060 054 - A1
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PROCEDE DE RECIRCULATION DES GAZ BRULES AVEC UN COMPRESSEURMETHOD FOR RECIRCULATION OF BURNED GASES WITH A COMPRESSOR
ELECTRIQUEELECTRIC
La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un procédé d'utilisation d'un compresseur électrique pour la recirculation des gaz de recirculation.The present invention relates to the field of electric compressors, and more particularly to a method of using an electric compressor for the recirculation of recirculation gases.
Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur à combustion essence, Diesel, gaz, éthanol, ou à pile à combustible, fonctionnant avec un moteur électrique. Plus précisément, le compresseur comporte une roue de compresseur entraînée par un moteur électrique.In the context of the invention, an electric compressor is a device, used for supercharging a petrol, diesel, gas, ethanol, or fuel cell combustion engine, operating with an electric motor. More specifically, the compressor comprises a compressor wheel driven by an electric motor.
Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion en complément d'un turbocompresseur. Le compresseur électrique joue le même rôle qu'un turbocompresseur, à savoir augmenter la pression d'admission des gaz dans le moteur.The electric compressor is placed on the air intake line of a combustion engine in addition to a turbocharger. The electric compressor plays the same role as a turbocharger, namely to increase the gas intake pressure in the engine.
L'utilisation du compresseur électrique est envisagée pour différents besoins, allant de l'amélioration du temps de réponse global de la boucle d'air moteur à l'augmentation du couple maximal moteur voire de la puissance spécifique d'un moteur thermique, en passant par l'amélioration de la dépollution ou encore le réchauffement des gaz admis dans des conditions froides.The use of the electric compressor is envisaged for various needs, ranging from improving the overall response time of the engine air loop to increasing the maximum engine torque or even the specific power of a heat engine, by the way by improving depollution or even warming the gases admitted under cold conditions.
Le compresseur électrique est également utilisé dans des ensembles moteur comportant un circuit de recirculation des gaz brûlés (ou EGR pour Exhaust Gas Recirculation).The electric compressor is also used in engine assemblies comprising a burnt gas recirculation circuit (or EGR for Exhaust Gas Recirculation).
Un inconvénient de ces ensembles provient du fait que la turbine du turbocompresseur n'est pas capable de délivrer l'énergie nécessaire au compresseur pour comprimer à la fois les gaz frais et les gaz brûlés recirculés (EGR), notamment dans les zones faible régime forte charge.A disadvantage of these assemblies stems from the fact that the turbine of the turbocharger is not capable of delivering the energy necessary for the compressor to compress both the fresh gases and the recirculated burnt gases (EGR), in particular in the areas of low high speed charge.
La recirculation des gaz brûlés n'est alors pas possible, ce qui est problématique notamment pour le phénomène de cliquetis.The recirculation of the burnt gases is then not possible, which is problematic in particular for the rattling phenomenon.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un ensemble moteur dans lequel le compresseur vient suppléer le turbocompresseur afin d'améliorer la recirculation des gaz brûlés.The present invention therefore aims to overcome one or more of the drawbacks of the prior art by proposing an engine assembly in which the compressor supplements the turbocharger in order to improve the recirculation of the burnt gases.
Pour cela la présente invention propose un procédé de recirculation des gaz brûlés avec un compresseur électrique comportant une étape de mise en fonctionnement du compresseur électrique lors d'une phase de faible régime et forte charge du moteur.For this, the present invention provides a method of recirculating the burnt gases with an electric compressor comprising a step of putting the electric compressor into operation during a phase of low speed and high engine load.
Une telle utilisation du compresseur électrique permet une meilleure recirculation des gaz brûlés et permet ainsi de fournir au moteur thermique un mélange air/gaz de recirculation comme comburant qui ne peut pas être fourni par le turbocompresseur seul.Such use of the electric compressor allows better recirculation of the burnt gases and thus makes it possible to supply the combustion engine with an air / recirculation gas mixture as an oxidizer which cannot be supplied by the turbocharger alone.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur est mis en fonctionnement simultanément avec un turbocompresseur.According to one embodiment of the invention, the compressor is operated simultaneously with a turbocharger.
L'invention concerne également, un ensemble moteur comprenant au moins 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, un circuit de recirculation des gaz d'échappements caractérisé en ce que l'ensemble est configuré pour réaliser une étape de mise en fonctionnement du compresseur électrique lors d'une phase de faible régime et forte charge du moteur.The invention also relates to an engine assembly comprising at least one intake duct extending between an air inlet and a heat engine, a heat engine, an electric compressor arranged on the intake duct, a recirculation circuit. exhaust gas characterized in that the assembly is configured to perform a step of putting the electric compressor into operation during a phase of low speed and high engine load.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble moteur est configuré pour réaliser une étape de mise en fonctionnement du compresseur électrique simultanément avec un turbocompresseur.According to one embodiment of the invention, the engine assembly is configured to perform a step of putting the electric compressor into operation simultaneously with a turbocharger.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte un moteur à réluctance variable.According to one embodiment of the invention, the compressor comprises a variable reluctance motor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte un moteur à aimant permanent.According to one embodiment of the invention, the compressor comprises a permanent magnet motor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique est associé à un circuit de contournement.According to one embodiment of the invention, the electric compressor is associated with a bypass circuit.
L'invention concerne également, l'utilisation de l'ensemble selon l'invention, avec un moteur thermique à combustion interne dans un véhicule automobile.The invention also relates to the use of the assembly according to the invention, with an internal combustion engine in a motor vehicle.
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 aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles :Other objects, characteristics and advantages of the invention will be better understood and will appear more clearly on reading the description made below, with reference to the appended figures, given by way of example and in which:
- la figure 1 est une représentation schématique d'une architecture moteur avec un compresseur électrique selon l'invention,FIG. 1 is a schematic representation of an engine architecture with an electric compressor according to the invention,
- la figure 2 est une représentation graphique des résultats montrant l'évolution du gain de couple moteur (courbe A : couple maximum sans utilisation du compresseur électrique, courbe B : couple maximum avec utilisation du compresseur électrique).- Figure 2 is a graphical representation of the results showing the evolution of the engine torque gain (curve A: maximum torque without use of the electric compressor, curve B: maximum torque with use of the electric compressor).
La présente invention concerne un procédé d'utilisation d'un compresseur électrique pour la recirculation des gaz de recirculation, pendant les phases à faible régime et forte charge du moteur, avec un compresseur électrique, et le compresseur associé.The present invention relates to a method of using an electric compressor for the recirculation of the recirculation gases, during the low speed and high load phases of the engine, with an electric compressor, and the associated compressor.
Dans le cadre de l'invention, 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. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continu ou alternatif.In the context of the invention, the expression “electric compressor” means an air compressor, volumetric or not and for example centrifugal or radial, driven by an electric motor, with the aim of supercharging a heat engine. According to one embodiment of the invention, the electric motor is an asynchronous DC or alternating current motor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à réluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Réluctance Motor selon la terminologie anglaise).According to one embodiment of the invention, the electric motor is a variable reluctance motor (also called SRM machine for Switched Reluctance Motor according to English terminology).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimant permanent.According to another embodiment of the invention, the electric motor is a permanent magnet motor.
Dans le cadre de l'invention, on entend par vanne de contournement (également appelée vanne by-pass selon la terminologie anglaise), une vanne permettant de contourner ou de ne pas contourner le compresseur électrique. Plus précisément, la vanne est disposée sur un conduit de contournement du compresseur électrique. Lorsque la vanne est ouverte, le fluide circule dans le conduit de contournement, et lorsque la vanne est fermée, le fluide circule via le compresseur électrique.In the context of the invention, bypass valve (also called bypass valve according to English terminology) means a valve making it possible to bypass or not to bypass the electric compressor. More specifically, the valve is arranged on a bypass duct of the electric compressor. When the valve is open, the fluid circulates in the bypass pipe, and when the valve is closed, the fluid circulates via the electric compressor.
La figure 1 illustre une architecture moteur intégrant un compresseur électrique selon l'invention.FIG. 1 illustrates an engine architecture incorporating an electric compressor according to the invention.
Sur cette figure 1 est illustré un ensemble 1 moteur avec un conduit d'admission 4 du circuit d'admission, un moteur 2 thermique à combustion interne de véhicule automobile et un compresseur électrique 5.In this FIG. 1 is illustrated an assembly 1 engine with an intake duct 4 of the intake circuit, an internal combustion engine 2 of the motor vehicle and an electric compressor 5.
Ce moteur 2 comporte, selon un mode de réalisation de l'invention, une chambre de combustion 3 comportant une pluralité de cylindres, au nombre par exemple de quatre sur les figures, destinée à recevoir un mélange de comburant et de carburant, et par exemple l'essence ou le Diesel comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant.This engine 2 comprises, according to one embodiment of the invention, a combustion chamber 3 comprising a plurality of cylinders, for example four in number in the figures, intended to receive a mixture of oxidant and fuel, and for example petrol or diesel as fuel and clean air or an air / recirculating gas mixture as oxidizer.
La combustion dans les cylindres génère le travail du moteur 2. Le fonctionnement du moteur 2 est classique : les gaz sont admis dans la chambre de combustion 3, y sont comprimés, brûlés puis expulsés sous forme de gaz d'échappement.The combustion in the cylinders generates the work of the engine 2. The operation of the engine 2 is conventional: the gases are admitted into the combustion chamber 3, are compressed there, burned and then expelled in the form of exhaust gas.
Ce moteur 2 a une entrée 11 reliée au conduit d'admission 4 et une sortie 12 reliée à un circuit d'échappement de gaz 10.This engine 2 has an inlet 11 connected to the intake duct 4 and an outlet 12 connected to a gas exhaust circuit 10.
L'entrée 11 du conduit d'admission 4 définit l'entrée par laquelle l'air frais pénètre dans l'ensemble 1 tandis que la sortie 12 du circuit d'échappement 10 définit la sortie par laquelle les gaz d'échappement sont évacués de l'ensemble 1.The inlet 11 of the intake duct 4 defines the inlet through which the fresh air enters the assembly 1 while the outlet 12 of the exhaust circuit 10 defines the outlet through which the exhaust gases are discharged from the set 1.
Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur d'admission 7 qui forme ainsi une boîte d'entrée des gaz dans la chambre de combustion 3 du moteur 2.The intake duct 4 opens into an intake manifold 7 which thus forms a gas inlet box in the combustion chamber 3 of the engine 2.
On entend par conduit d'admission 4 la canalisation d'admission pour les gaz d'admission, cette canalisation étant située entre l'entrée 11 d'air et le moteur 2.By inlet duct 4 is meant the inlet pipe for the inlet gases, this pipe being situated between the air inlet 11 and the engine 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention le conduit d'admission 4 comporte un compresseur mécanique 111 des gaz d'admission, qui est par exemple un turbocompresseur.According to one embodiment of the invention, the intake duct 4 comprises a mechanical compressor 111 for the intake gases, which is for example a turbocharger.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'admission 4 comporte un échangeur de chaleur 6, permettant le refroidissement des gaz d'admission, et par exemple les gaz issus du compresseur mécanique 111. Cet échangeur de chaleur 6 également appelé RAS par l'homme du métier, qui signifie refroidisseur d'air de suralimentation, a pour fonction de refroidir les gaz d'admission. L'échangeur de chaleur assure un échange thermique entre les gaz d'admission et le fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur 6. En sortie de l'échangeur de chaleur 6, les gaz sont à une température proche de celle du fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur 6.According to one embodiment of the invention, the intake duct 4 comprises a heat exchanger 6, allowing the cooling of the intake gases, and for example the gases coming from the mechanical compressor 111. This heat exchanger 6 also called RAS by a person skilled in the art, which means charge air cooler, has the function of cooling the intake gases. The heat exchanger provides a heat exchange between the intake gases and the heat transfer fluid of the heat exchanger 6. At the outlet of the heat exchanger 6, the gases are at a temperature close to that of the heat transfer fluid of the heat exchanger 6.
Selon un mode de réalisation de l'invention, en amont du collecteur d'admission 7 des gaz dans le moteur 2, le conduit d'admission 4 comporte une vanne 8 comportant un obturateur de type papillon dont la fonction est par exemple de régler le débit de gaz pour la régulation du régime moteur. Cette vanne 8 est commandée par une unité de commande moteur (également appelé ECU qui signifie Engine Control Unit selon la terminologie anglaise), bien connue de l'homme du métier, et permet de réguler la quantité d'air introduite dans le moteur.According to one embodiment of the invention, upstream of the gas intake manifold 7 in the engine 2, the intake duct 4 comprises a valve 8 comprising a butterfly-type shutter whose function is for example to adjust the gas flow for engine speed regulation. This valve 8 is controlled by an engine control unit (also called ECU which means Engine Control Unit according to English terminology), well known to those skilled in the art, and makes it possible to regulate the amount of air introduced into the engine.
La sortie du moteur 2 est formée par un collecteur 9 des gaz d'échappement. Ce dernier est relié à une voie ou canalisation d'échappement des gaz faisant partie du circuit d'échappement de gaz.The output of the engine 2 is formed by a manifold 9 for the exhaust gases. The latter is connected to a gas exhaust path or pipe forming part of the gas exhaust circuit.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte une turbine 121, solidaire en rotation du compresseur mécanique 111 des gaz d'admission et formant avec lui un turbocompresseur. La turbine 121 est entraînée par les gaz d'échappement de la voie d'échappement. Selon un mode de réalisation, le flux traverse un système de dépollution et par exemple un catalyseur 122.According to one embodiment of the invention, the exhaust circuit 10 comprises a turbine 121, integral in rotation with the mechanical compressor 111 of the intake gases and forming with it a turbocharger. The turbine 121 is driven by the exhaust gases from the exhaust path. According to one embodiment, the flow passes through a pollution control system and for example a catalyst 122.
Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble 1 moteur comporte un compresseur électrique 5. Ce compresseur 5 est entraîné par un moteur électrique 51. Le compresseur électrique 5 est disposé dans la boucle du conduit d'admission 4.As illustrated in FIG. 1, the motor assembly 1 includes an electric compressor 5. This compressor 5 is driven by an electric motor 51. The electric compressor 5 is placed in the loop of the intake duct 4.
Le compresseur 5 électrique comporte une roue entraînée en rotation par son moteur électrique via un arbre et des roulements.The electric compressor 5 comprises a wheel driven in rotation by its electric motor via a shaft and bearings.
Différentes architectures moteur peuvent ainsi être considérées en fonction des besoins requis.Different engine architectures can thus be considered depending on the requirements.
Selon un mode de réalisation, le compresseur électrique est disposé à différents endroits en amont du turbocompresseur.According to one embodiment, the electric compressor is arranged at different places upstream of the turbocharger.
Selon un mode de réalisation, le compresseur électrique est disposé en aval du turbocompresseur.According to one embodiment, the electric compressor is arranged downstream of the turbocharger.
Selon un mode de réalisation, le compresseur électrique est disposé en amont ou aval du système de refroidissement d'air de suralimentation.According to one embodiment, the electric compressor is arranged upstream or downstream of the charge air cooling system.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en amont du compresseur électrique 5.According to one embodiment of the invention, the butterfly valve 8 is upstream of the electric compressor 5.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en aval du compresseur électrique 5.According to one embodiment of the invention, the butterfly valve 8 is downstream of the electric compressor 5.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique 5 est associé à un circuit de contournement 510 (également appelé circuit by-pass selon la terminologie anglaise) comportant un moyen de contournement 52. Le compresseur électrique peut ainsi être court-circuité par ce système de contournement.According to one embodiment of the invention, the electric compressor 5 is associated with a bypass circuit 510 (also called bypass circuit according to English terminology) comprising a bypass means 52. The electric compressor can thus be short-circuited by this bypass system.
Dans le cadre de l'invention, ce moyen de contournement 52 est par exemple une vanne papillon, une vanne à volet, une vanne à soupape, une vanne pneumatique ou tout autre type de vanne équivalente et compatible avec l'invention.In the context of the invention, this bypass means 52 is for example a butterfly valve, a flap valve, a globe valve, a pneumatic valve or any other equivalent type of valve compatible with the invention.
Le circuit de dérivation 510 en association avec le moyen de contournement 52 permet en général aux gaz d'admission 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 contournement 52.The bypass circuit 510 in association with the bypass means 52 generally allows the intake gases arriving via the intake circuit 4 to flow through the electric compressor or to bypass it, by closing or opening the bypass 52.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble moteur comporte un circuit de recirculation 9 basse pression des gaz d'échappements. Ce circuit comporte un échangeur de chaleur 91 pour les gaz recirculés et une vanne de recirculation 90, dont le fonctionnement n'est pas décrit ici car connu de l'homme du métier.According to one embodiment of the invention, the engine assembly includes a low pressure recirculation circuit 9 for the exhaust gases. This circuit includes a heat exchanger 91 for the recirculated gases and a recirculation valve 90, the operation of which is not described here as known to those skilled in the art.
Selon un mode de réalisation illustré figure 1, le circuit de recirculation 9 est disposé au niveau du conduit d'échappement 10 et débouche en amont du compresseur électrique 5.According to an embodiment illustrated in FIG. 1, the recirculation circuit 9 is arranged at the level of the exhaust duct 10 and opens out upstream of the electric compressor 5.
L'invention consiste à utiliser, c'est-à-dire à faire fonctionner le compresseur 5 électrique dans une phase spécifique du fonctionnement du moteur. Plus précisément, le compresseur 5 électrique est mis en fonctionnement pendant une phase de faible régime et forte charge du moteur.The invention consists in using, that is to say in operating the electric compressor 5 in a specific phase of engine operation. More specifically, the electric compressor 5 is put into operation during a phase of low speed and high engine load.
Une telle utilisation du compresseur 5 électrique permet une meilleure recirculation des gaz brûlés et permet ainsi de fournir au moteur thermique 2 un mélange air/gaz de recirculation comme comburant qui ne peut pas être fourni par le turbocompresseur seul. Le turbocompresseur est composé par exemple d'un compresseur mécanique 111 et d'une turbine 121Such use of the electric compressor 5 allows better recirculation of the burnt gases and thus makes it possible to supply the heat engine 2 with an air / recirculation gas mixture as an oxidizer which cannot be supplied by the turbocharger alone. The turbocharger is composed for example of a mechanical compressor 111 and a turbine 121
Les avantages d'une telle solution sont les suivants et sont visibles sur les graphes 5 de la figure 2, la figure 2 étant une représentation graphique des résultats montrant l'évolution du gain de couple moteur avec courbe A : couple maximum sans utilisation du compresseur électrique, et courbe B : couple maximum avec utilisation du compresseur électrique :The advantages of such a solution are as follows and can be seen in the graphs 5 of FIG. 2, FIG. 2 being a graphic representation of the results showing the evolution of the gain in engine torque with curve A: maximum torque without using the compressor electric, and curve B: maximum torque with use of the electric compressor:
Amélioration du couple maximum du moteur thermique dans la 10 zone de faible régimeImprovement of the maximum torque of the engine in the 10 low speed zone
Augmentation du taux de compression associée à une réduction du phénomène de cliquetis entraînant un gain de consommation.Increase in the compression ratio associated with a reduction in the rattling phenomenon resulting in a gain in consumption.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur 5 électrique est mis en fonctionnement simultanément, c'est-à-dire en même temps, avec le turbocompresseur.According to one embodiment of the invention, the electric compressor 5 is put into operation simultaneously, that is to say at the same time, with the turbocharger.
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 supportées par la description.The scope of the present invention is not limited to the details given above and allows embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention. Consequently, the present embodiments should be considered by way of illustration, and can be modified without however departing from the scope defined by the claims supported by the description.
Claims (8)
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2016
- 2016-12-14 FR FR1662409A patent/FR3060054A1/en active Pending
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