FR3060054A1 - Procede de recirculation des gaz brules avec un compresseur electrique - 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.

Description

© N° de publication : 3 060 054 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 62409 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : F 02 B 37/04 (2017.01), F 02 M 26/06, B 60 K 13/02
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
(© Date de dépôt : 14.12.16. ® Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE
©) Priorité : MOTEUR Société par actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : DAVID FLORENT et SURBLED
χ-χ KEVIN.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 15.06.18 Bulletin 18/24.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE
apparentés : MOTEUR Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : ® Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE
MOTEUR Société par actions simplifiée.
PROCEDE DE RECIRCULATION DES GAZ BRULES AVEC UN COMPRESSEUR ELECTRIQUE.
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.
L'invention concerne également l'ensemble moteur associé.
FR 3 060 054 - A1
Illllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll i
PROCEDE DE RECIRCULATION DES GAZ BRULES AVEC UN COMPRESSEUR
ELECTRIQUE
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.
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.
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.
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.
Le compresseur électrique est également utilisé dans des ensembles moteur comportant un circuit de recirculation des gaz brûlés (ou EGR pour 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.
La recirculation des gaz brûlés n'est alors pas possible, ce qui est problématique notamment pour le phénomène de cliquetis.
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.
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.
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.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur est mis en fonctionnement simultanément avec un turbocompresseur.
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.
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.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte un moteur à réluctance variable.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte un moteur à aimant permanent.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique est associé à un circuit de contournement.
L'invention concerne également, l'utilisation de l'ensemble selon l'invention, avec un moteur thermique à combustion interne dans un véhicule automobile.
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 :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une architecture moteur avec un compresseur électrique selon l'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).
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.
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.
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).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimant permanent.
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.
La figure 1 illustre une architecture moteur intégrant un compresseur électrique selon l'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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Le compresseur 5 électrique comporte une roue entraînée en rotation par son moteur électrique via un arbre et des roulements.
Différentes architectures moteur peuvent ainsi être considérées en fonction des besoins requis.
Selon un mode de réalisation, le compresseur électrique est disposé à différents endroits en amont du turbocompresseur.
Selon un mode de réalisation, le compresseur électrique est disposé en aval du turbocompresseur.
Selon un mode de réalisation, le compresseur électrique est disposé en amont ou aval du système de refroidissement d'air de suralimentation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en amont du compresseur électrique 5.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en aval du compresseur électrique 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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 :
Amélioration du couple maximum du moteur thermique dans la 10 zone de faible régime
Augmentation du taux de compression associée à une réduction du phénomène de cliquetis entraînant un gain de consommation.
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.
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.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. 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.
  2. 2. Procédé de recirculation selon la revendication 1 dans lequel le compresseur est mis en fonctionnement simultanément avec un turbocompresseur.
  3. 3. Ensemble (1) moteur comprenant au moins un conduit d'admission (4) s'étendant entre une entrée (11) d'air et un moteur thermique (2), un moteur thermique (2), un compresseur électrique (5) 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.
  4. 4. Ensemble (1) moteur selon la revendication 3, configuré pour réaliser une étape de mise en fonctionnement du compresseur électrique simultanément avec un turbocompresseur.
  5. 5. Ensemble (1) moteur selon une des revendications 3 ou 4, dans lequel le compresseur (5) comporte un moteur à réluctance variable.
  6. 6. Ensemble (1) moteur selon une des revendications 3 ou 4, dans lequel le compresseur (5) comporte un moteur à aimant permanent.
  7. 7. Ensemble (1) moteur selon une des revendications 3 à 6, dans lequel le compresseur (5) électrique est associé à un circuit de contournement (510)
  8. 8. Utilisation de l'ensemble selon une des revendications 3 à 6, avec un moteur (2) thermique à combustion interne dans un véhicule automobile.
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