FR3060664A1 - EXHAUST GAS CIRCULATION ASSEMBLY OF A THERMAL ENGINE - Google Patents
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Abstract
Un ensemble de circulation de gaz d'échappement d'un moteur thermique (1) comprend un circuit de recirculation (12) des gaz d'échappement configuré pour permettre le prélèvement d'au moins une partie des gaz d'échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans le circuit d'admission (4) du moteur thermique. Le circuit de recirculation (12) comporte une turbine de récupération d'énergie (20) et le circuit de recirculation (12) débouche sur le circuit d'admission dans une portion d'étranglement (100) de celui-ci.An exhaust gas circulation assembly of a heat engine (1) comprises an exhaust gas recirculation circuit (12) configured to allow the removal of at least a portion of the exhaust gases of the combustion engine for combustion. reinject them into the intake circuit (4) of the engine. The recirculation circuit (12) has an energy recovery turbine (20) and the recirculation circuit (12) opens onto the intake circuit in a throttling portion (100) thereof.
Description
© N° de publication : 3 060 664 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication no .: 3,060,664 (to be used only for reproduction orders)
©) N° d’enregistrement national : 16 63021 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE©) National registration number: 16 63021 ® FRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLENATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY
COURBEVOIECOURBEVOIE
©) IntCI8 : F 02 M 26/10 (2017.01), F 02 M 26/19©) IntCI 8 : F 02 M 26/10 (2017.01), F 02 M 26/19
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
(04) ENSEMBLE DE CIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE.(04) EXHAUST GAS CIRCULATION ASSEMBLY OF A THERMAL ENGINE.
FR 3 060 664 - A1 _ Un ensemble de circulation de gaz d'échappement d'un moteur thermique (1 ) comprend un circuit de recirculation (12) des gaz d'échappement configuré pour permettre le prélèvement d'au moins une partie des gaz d'échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans le circuit d'admission (4) du moteur thermique.FR 3 060 664 - A1 _ An exhaust gas circulation assembly of a heat engine (1) comprises an exhaust gas recirculation circuit (12) configured to allow the sampling of at least part of the gases of the combustion engine to reinject them into the intake circuit (4) of the combustion engine.
Le circuit de recirculation (12) comporte une turbine de récupération d'énergie (20) et le circuit de recirculation (12) débouche sur le circuit d'admission dans une portion d'étranglement (100) de celui-ci.The recirculation circuit (12) includes an energy recovery turbine (20) and the recirculation circuit (12) opens onto the intake circuit in a throttling portion (100) thereof.
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ii
ENSEMBLE DE CIRCULATION DE GAZ D’ECHAPPEMENT D’UN MOTEURENGINE EXHAUST GAS CIRCULATION ASSEMBLY
THERMIQUETHERMAL
L’invention a trait au domaine des moteurs thermiques de véhicule automobile, et elle concerne plus particulièrement les moteurs équipés d’un circuit de recirculation des gaz d’échappement.The invention relates to the field of thermal engines of a motor vehicle, and more particularly it relates to engines equipped with an exhaust gas recirculation circuit.
Un moteur thermique peut consister en un moteur atmosphérique dans lequel le mélange gazeux amené dans les cylindres du moteur est à la pression atmosphérique, ou en un moteur turbocompressé, dans lequel le mélange gazeux est comprimé pour augmenter la quantité de gaz admis dans les cylindres. Dans chacun de ces cas, le moteur est alimenté par un circuit d’admission d’air et rejette les gaz issus de la combustion dans un circuit d’échappement en sortie du moteur.A heat engine can consist of an atmospheric engine in which the gas mixture supplied into the engine cylinders is at atmospheric pressure, or a turbocharged engine, in which the gas mixture is compressed to increase the quantity of gas admitted into the cylinders. In each of these cases, the engine is supplied by an air intake circuit and rejects the gases from combustion in an exhaust circuit at the engine outlet.
Les moteurs turbocompressés comportent un compresseur et une turbine, reliés par un arbre commun. La turbine, disposée en travers du circuit d’échappement de gaz d'échappement, est mise en rotation sous l’effet des gaz d’échappement la traversant, et ce mouvement est transmis au compresseur qui permet l’alimentation du moteur en gaz frais à une pression supérieure à la pression atmosphérique à laquelle est prélevé l’air dans un circuit d’admission.Turbocharged engines have a compressor and a turbine, connected by a common shaft. The turbine, arranged across the exhaust gas exhaust circuit, is rotated under the effect of the exhaust gases passing through it, and this movement is transmitted to the compressor which supplies the engine with fresh gas. at a pressure higher than atmospheric pressure at which air is taken in an intake circuit.
Dans le cas d'un moteur thermique, des oxydes d'azote et des particules peuvent être rejetés dans les gaz d'échappement. Afin de réduire ces émissions, on sait mettre en place un circuit de recirculation des gaz d’échappement, connu également sous l’acronyme anglais EGR pour « Exhaust Gas Recirculation ». Le circuit EGR est piqué sur le circuit d’échappement pour diriger les gaz d'échappement vers l’admission du bloc moteur. Une vanne EGR est prévue pour moduler la quantité de gaz d'échappement recyclés dans le répartiteur d'admission.In the case of a heat engine, nitrogen oxides and particles can be released into the exhaust gases. In order to reduce these emissions, it is known to set up an exhaust gas recirculation circuit, also known by the acronym EGR for "Exhaust Gas Recirculation". The EGR circuit is tapped on the exhaust circuit to direct the exhaust gases to the intake of the engine block. An EGR valve is provided to modulate the quantity of exhaust gas recycled in the intake manifold.
Une telle recirculation des gaz d’échappement a pour effet d’une part de baisser la teneur en oxygène dans les gaz admis dans le moteur thermique, et d’autre part de diminuer la température des gaz lors de la combustion. Le fait de brûler à nouveau ces gaz recirculés a ainsi pour effet de les refroidir, étant entendu qu’à une température moins élevée, les gaz d'échappement émettent moins d'oxydes d'azote.Such recirculation of the exhaust gases has the effect on the one hand of lowering the oxygen content in the gases admitted into the heat engine, and on the other hand of reducing the temperature of the gases during combustion. Burning these recirculated gases again has the effect of cooling them, it being understood that at a lower temperature, the exhaust gases emit less nitrogen oxides.
Par ailleurs, on connaît des circuits de recirculation des gaz d’échappement équipés d’une turbine, additionnelle en ce qu’elle est distincte de la turbine du turbocompresseur lorsque les circuits de recirculation sont appliqués sur des moteurs turbocompressés, configurée pour être mise en œuvre sous l’effet du passage de ces gaz d’échappement et pour permettre une production d’énergie utile pour assister le fonctionnement du véhicule, par exemple en soulageant l’alternateur dans la production d’électricité et/ou en apportant une assistance mécanique au moteur ou à des éléments de l’arcbitecture moteur tels que le turbocompresseur par exemple. Cette turbine additionnelle de récupération d’énergie peut à titre d’exemple être couplée mécaniquement à une machine électrique, apte à générer de l’énergie électrique. L’énergie électrique ainsi produite peut être redistribuée par ailleurs ou stockée dans un système de stockage d’énergie.Furthermore, there are known exhaust gas recirculation circuits equipped with a turbine, additional in that it is distinct from the turbine of the turbocharger when the recirculation circuits are applied to turbocharged engines, configured to be implemented. works under the effect of the passage of these exhaust gases and to allow a production of useful energy to assist the operation of the vehicle, for example by relieving the alternator in the production of electricity and / or by providing mechanical assistance to the engine or to elements of the engine arbitration such as the turbocharger for example. This additional energy recovery turbine can, for example, be mechanically coupled to an electric machine, capable of generating electrical energy. The electrical energy thus produced can be redistributed elsewhere or stored in an energy storage system.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et elle vise à améliorer la récupération d’énergie au sein du circuit EGR en améliorant le fonctionnement de cette turbine additionnelle montée sur un circuit de recirculation des gaz d’échappement.The present invention is part of this context and it aims to improve energy recovery within the EGR circuit by improving the operation of this additional turbine mounted on an exhaust gas recirculation circuit.
Un ensemble de circulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique selon l’invention comporte un circuit de recirculation des gaz d’échappement configuré pour permettre le prélèvement d’au moins une partie des gaz d’échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans le circuit d’admission du moteur thermique, et ce circuit de recirculation d’une part comporte une turbine de récupération d’énergie et d’autre part débouche sur le circuit d’admission dans une portion d’étranglement de celui-ci.An exhaust gas circulation assembly of a heat engine according to the invention comprises an exhaust gas recirculation circuit configured to allow the sampling of at least a portion of the exhaust gases of the heat engine to reinject them in the intake circuit of the heat engine, and this recirculation circuit on the one hand comprises an energy recovery turbine and on the other hand opens onto the intake circuit in a throttling portion thereof.
Ainsi, on introduit les gaz recirculés dans le circuit d’admission au niveau d’une zone de basse pression, ce qui permet d’augmenter la différence de pression entre la sortie et l’entrée du conduit de recirculation de ces gaz et ainsi d’augmenter le taux de détente aux bornes de la turbine additionnelle agencée sur ce conduit de recirculation et d’augmenter la puissance récupérée de la turbine additionnelle.Thus, the recirculated gases are introduced into the intake circuit at a low pressure zone, which makes it possible to increase the pressure difference between the outlet and the inlet of the recirculation duct for these gases and thus d 'increase the expansion rate at the terminals of the additional turbine arranged on this recirculation duct and increase the power recovered from the additional turbine.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :According to other characteristics of the invention, taken alone or in combination, it can be provided that:
- le circuit de recirculation débouche dans la portion d’étranglement en définissant une première partie amont dont la section évolue en se réduisant depuis le circuit d’admission et une deuxième partie aval dont la section évolue en augmentant vers la partie du circuit d’admission reliée au répartiteur d’admission ; par une évolution de la section respective de la première partie amont et de la deuxième partie aval, on vise à protéger le fait que les variations de section sont progressives et sans paliers droits, afin d’éviter ou tout au moins limiter les pertes de charge ;- The recirculation circuit opens into the throttling portion by defining a first upstream part whose section evolves by reducing from the intake circuit and a second downstream part whose section evolves by increasing towards the part of the intake circuit connected to the intake manifold; by changing the respective section of the first upstream part and the second downstream part, the aim is to protect the fact that the section variations are progressive and without straight bearings, in order to avoid or at least limit the pressure losses ;
- une première section de passage du circuit d’admission en amont de la portion d’étranglement est égale ou sensiblement égale à une deuxième section de passage du circuit d’admission en aval de la portion d’étranglement ; on estime que les sections de passage sont égales ou sensiblement égales lorsqu’elles présentent un écart inférieur à 20% de la dimension de la plus grande des sections de passage ;- A first passage section of the intake circuit upstream of the throttling portion is equal or substantially equal to a second passage section of the intake circuit downstream of the throttling portion; it is estimated that the passage sections are equal or substantially equal when they have a deviation of less than 20% of the dimension of the largest of the passage sections;
- le circuit de recirculation débouche dans le circuit d’admission au centre de la portion d’étranglement par rapport au sens de circulation des gaz d’admission dans le circuit d’admission ;- The recirculation circuit opens into the intake circuit at the center of the throttle portion relative to the direction of circulation of the intake gases in the intake circuit;
- la première portion amont présente une section de passage minimale au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation qui est inférieure à la section de passage minimale de la deuxième portion aval au voisinage de ladite jonction ;- The first upstream portion has a minimum passage section in the vicinity of the junction with the recirculation circuit which is less than the minimum passage section of the second downstream portion in the vicinity of said junction;
- l’ensemble de circulation de gaz d’échappement comporte des moyens de réglage de la section de passage minimale d’au moins une partie parmi la première partie amont et la deuxième partie aval ;- The exhaust gas circulation assembly comprises means for adjusting the minimum passage section of at least one part from the first upstream part and the second downstream part;
- un circuit de dérivation est disposé en parallèle de la portion d’étranglement ;- a bypass circuit is arranged in parallel with the throttling portion;
- le circuit de dérivation est équipé d’une vanne de pilotage du flux passant à travers ce circuit de dérivation ;- the bypass circuit is equipped with a flow control valve passing through this bypass circuit;
- la turbine de récupération d’énergie est accouplée à une machine électrique.- the energy recovery turbine is coupled to an electric machine.
L’invention concerne également un moteur thermique comportant un ensemble de circulation de gaz d’échappement tel que décrit précédemment, et notamment un moteur turbocompressé, le circuit de recirculation des gaz d’échappement étant un circuit haute pression, configuré pour permettre le prélèvement de gaz d’échappement en sortie du moteur thermique, en amont d’un turbocompresseur.The invention also relates to a heat engine comprising an exhaust gas circulation assembly as described above, and in particular a turbocharged engine, the exhaust gas recirculation circuit being a high pressure circuit, configured to allow the sampling of exhaust gas at the outlet of the heat engine, upstream of a turbocharger.
L’invention peut également concerner un moteur thermique comportant un ensemble de circulation de gaz d’échappement tel que décrit précédemment, et notamment un moteur turbocompressé, le circuit de recirculation des gaz d’échappement étant un circuit basse pression, configuré pour permettre le prélèvement de gaz d’échappement en sortie du moteur thermique, en aval d’un turbocompresseur.The invention may also relate to a heat engine comprising an exhaust gas circulation assembly as described above, and in particular a turbocharged engine, the exhaust gas recirculation circuit being a low pressure circuit, configured to allow sampling. of exhaust gas at the outlet of the engine, downstream of a turbocharger.
L’invention peut également concerne un moteur thermique comportant un ensemble de circulation de gaz d’échappement tel que décrit précédemment, et notamment un moteur atmosphérique.The invention can also relate to an internal combustion engine comprising an exhaust gas circulation assembly as described above, and in particular an atmospheric engine.
L’invention concerne en outre un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique conforme à ce qui vient d’être décrit.The invention further relates to a motor vehicle equipped with a heat engine in accordance with what has just been described.
Par ailleurs, l’invention vise à protéger un procédé de mise en œuvre d’un ensemble de circulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique, au cours duquel on fait passer au moins une partie des gaz d’échappement dans un circuit de recirculation, à travers une turbine de récupération d’énergie.Furthermore, the invention aims to protect a method of implementing an exhaust gas circulation assembly of a heat engine, during which at least part of the exhaust gases are passed through a circuit. recirculation, through an energy recovery turbine.
Selon une caractéristique du procédé, on commande la dimension d’au moins une partie de la portion d’étranglement dans laquelle débouche le circuit de recirculation en fonction de la quantité de gaz recirculés et/ou de gaz d’admission arrivant sur cette portion d’étranglement.According to a characteristic of the process, the size of at least part of the throttling portion into which the recirculation circuit opens is controlled as a function of the quantity of recirculated gases and / or of inlet gas arriving on this portion d strangulation.
Selon d’autres caractéristiques, on peut également piloter la dimension de la portion d’étranglement en fonction d’informations sur l’état du système de récupération associé à la turbine présente sur le circuit de recirculation de gaz d’échappement, et on peut piloter un circuit de dérivation monté en parallèle de la portion d’étranglement pour autoriser un débit moteur maximal malgré la présence de la portion d’étranglement.According to other characteristics, it is also possible to control the dimension of the throttling portion as a function of information on the state of the recovery system associated with the turbine present on the exhaust gas recirculation circuit, and it is possible to pilot a branch circuit mounted in parallel with the throttle portion to allow maximum engine flow despite the presence of the throttle portion.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l’aide de la description et des figures parmi lesquelles :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly with the aid of the description and the figures, among which:
- la figure 1 est une représentation schématique d’une architecture d’un moteur turbocompressé équipé d’un ensemble de circulation des gaz selon un premier mode de réalisation, agencé dans un mode haute pression ;- Figure 1 is a schematic representation of an architecture of a turbocharged engine equipped with a gas circulation assembly according to a first embodiment, arranged in a high pressure mode;
- la figure 2 est une représentation d’un détail de l’ensemble de circulation de gaz de la figure 1, dans laquelle on a rendu visible une portion d’étranglement dans laquelle débouche le circuit de recirculation des gaz ;- Figure 2 is a representation of a detail of the gas circulation assembly of Figure 1, in which we have made visible a throttling portion into which opens the gas recirculation circuit;
- la figure 3 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un deuxième mode de réalisation ;- Figure 3 is a representation, similar to that of Figure 2, of a gas circulation assembly according to a second embodiment;
- la figure 4 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un troisième mode de réalisation ;- Figure 4 is a representation, similar to that of Figure 2, of a gas circulation assembly according to a third embodiment;
- la figure 5 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un quatrième mode de réalisation ;- Figure 5 is a representation, similar to that of Figure 2, of a gas circulation assembly according to a fourth embodiment;
- la figure 6 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un cinquième mode de réalisation ;- Figure 6 is a representation, similar to that of Figure 2, of a gas circulation assembly according to a fifth embodiment;
- la figure 7 est une représentation schématique d’une architecture d’un moteur 10 turbocompressé équipé d’un ensemble de circulation de gaz selon l’invention, agencé dans un mode basse pression ; et- Figure 7 is a schematic representation of an architecture of a turbocharged engine 10 equipped with a gas circulation assembly according to the invention, arranged in a low pressure mode; and
- la figure 8 est une représentation schématique d’une architecture d’un moteur atmosphérique équipé d’un ensemble de circulation de gaz selon l’invention.- Figure 8 is a schematic representation of an architecture of an atmospheric engine equipped with a gas circulation assembly according to the invention.
Dans la description qui va suivre, on utilisera les termes amont et aval, notamment 15 pour qualifier la position de tel ou tel élément du circuit de recirculation. Ces termes seront compris en fonction du sens de circulation des gaz dans le circuit correspondant. Ainsi, lorsqu’il sera précisé qu’un premier élément du circuit de recirculation est en amont d’un deuxième élément du circuit de recirculation, il s’agira de comprendre que les gaz circulant dans ce circuit de recirculation traversent le premier élément avant de traverser le deuxième élément.In the description which follows, the terms upstream and downstream will be used, in particular to qualify the position of such or such element of the recirculation circuit. These terms will be understood as a function of the direction of circulation of the gases in the corresponding circuit. Thus, when it will be specified that a first element of the recirculation circuit is upstream of a second element of the recirculation circuit, it will be a matter of understanding that the gases circulating in this recirculation circuit pass through the first element before cross the second element.
Un moteur thermique 1 comprend un bloc-moteur 2 définissant des chambres de combustion pourvues de pistons qui entraînent en rotation un arbre de sortie. Les chambres de combustion du bloc-moteur 2 sont raccordées via un répartiteur d’admission 3 à un circuit d'admission 4 d'air frais, prélevé à l’extérieur du véhicule, et via un collecteur d’échappementA heat engine 1 comprises an engine block 2 defining combustion chambers provided with pistons which rotate an output shaft. The combustion chambers of the engine block 2 are connected via an intake distributor 3 to a fresh air intake circuit 4, taken from the exterior of the vehicle, and via an exhaust manifold
5 à un circuit d'échappement 6 des gaz brûlés lors de la combustion, ou gaz d’échappement.5 to an exhaust circuit 6 of the gases burned during combustion, or exhaust gases.
Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le moteur thermique 1 est un moteur turbocompressé dans lequel un turbocompresseur 110 est formé par la coopération d’un compresseur 8, disposé sur le circuit d'admission 4, et d’une turbine 10, placée sur le circuit d'échappement 6 de manière à récupérer une partie de l'énergie des gaz d'échappement et entraîner en rotation le compresseur 8. Notamment, le compresseur 8 et la turbine 10 peuvent être montés sur un arbre commun 810.In the example illustrated in FIG. 1, the heat engine 1 is a turbocharged engine in which a turbocharger 110 is formed by the cooperation of a compressor 8, arranged on the intake circuit 4, and of a turbine 10, placed on the exhaust circuit 6 so as to recover part of the energy of the exhaust gases and drive the compressor 8 in rotation. In particular, the compressor 8 and the turbine 10 can be mounted on a common shaft 810.
Le circuit d'admission 4 comprend ici, outre le compresseur 8, un filtre à air 7 placé en amont du compresseur 8 et un échangeur thermique 9 placé en aval de celui-ci et destiné à refroidir l'air d'alimentation des chambres de combustion du bloc moteur 2. On comprend que sans sortir du contexte de l’invention, on pourrait prévoir d’équiper le circuit d’admission de tout type de filtre et de tout type d’échangeur. Par ailleurs, le circuit d’admission 4 peut présenter, en aval du compresseur 8, un dispositif de régulation piloté pour contrôler l’apport d’air frais vers les chambres de combustion du bloc moteur 2.The intake circuit 4 here comprises, in addition to the compressor 8, an air filter 7 placed upstream of the compressor 8 and a heat exchanger 9 placed downstream thereof and intended to cool the air supplying the chambers combustion of the engine block 2. It is understood that without departing from the context of the invention, provision could be made to equip the intake circuit with any type of filter and any type of exchanger. Furthermore, the intake circuit 4 may have, downstream of the compressor 8, a controlled regulation device for controlling the supply of fresh air to the combustion chambers of the engine block 2.
Le circuit d'échappement 6 peut comprendre en aval de la turbine 10 un dispositif de traitement des polluants des gaz d'échappement 11 et qui peut notamment consister, à titre d’exemple, en un catalyseur ou un filtre à particules. Le circuit d’échappement peut comprendre également un dispositif de contre pression d’échappement ici non représenté.The exhaust circuit 6 may comprise downstream of the turbine 10 a device for treating pollutants of the exhaust gases 11 and which may in particular consist, by way of example, in a catalyst or a particulate filter. The exhaust circuit can also include an exhaust back pressure device not shown here.
Le moteur selon l’invention comprend en outre un circuit de recirculation 12 des gaz d'échappement, qui permet de réinjecter une partie des gaz d'échappement dans l’admission, en particulier vers le collecteur d’admission. Ceci participe au refroidissement de la combustion dans les cylindres et la réduction du taux d'oxygène, ce qui permet de réduire la quantité d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz d’échappement issus de la combustion dans le bloc moteur, les oxydes d’azote nocifs étant principalement développés à hautes températures et à fortes concentrations en oxygène. Le circuit de circulation est ainsi configuré pour permettre le prélèvement d’au moins une partie des gaz d’échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans le circuit d’admission.The engine according to the invention further comprises an exhaust gas recirculation circuit 12, which makes it possible to re-inject part of the exhaust gases into the intake, in particular to the intake manifold. This contributes to the cooling of the combustion in the cylinders and the reduction of the oxygen rate, which makes it possible to reduce the quantity of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gases from combustion in the engine block, harmful nitrogen oxides being mainly developed at high temperatures and high oxygen concentrations. The circulation circuit is thus configured to allow the sampling of at least part of the exhaust gases from the heat engine to be reinjected into the intake circuit.
Le circuit de recirculation 12 est ici un circuit haute pression en ce qu’il est connecté, à une première extrémité 14, sur le circuit d'échappement 6 en amont de la turbine 10 et, à l’extrémité opposée 16, ou deuxième extrémité, au circuit d'admission 4 en aval du compresseur 8.The recirculation circuit 12 is here a high pressure circuit in that it is connected, at a first end 14, to the exhaust circuit 6 upstream of the turbine 10 and, at the opposite end 16, or second end , to the intake circuit 4 downstream of the compressor 8.
On va maintenant décrire plus en détails le circuit de recirculation 12 et les différents éléments qui le composent, et tout particulièrement leur agencement spécifique selon l’invention.We will now describe in more detail the recirculation circuit 12 and the various elements which compose it, and more particularly their specific arrangement according to the invention.
De la première extrémité 14 à la deuxième extrémité 16, les gaz recirculés depuis le circuit d’échappement 6 vers le circuit d’admission 4 rencontrent au moins une turbine de récupération d’énergie 20. Dans l’exemple illustré, les gaz recirculés sont amenés à passer à travers un dispositif d’échange thermique 22, sans que cela soit nécessaire à la mise en œuvre de l’invention.From the first end 14 to the second end 16, the gases recirculated from the exhaust circuit 6 to the intake circuit 4 meet at least one energy recovery turbine 20. In the example illustrated, the recirculated gases are brought to pass through a heat exchange device 22, without this being necessary for the implementation of the invention.
La turbine de récupération d’énergie 20 est entraînée en rotation par le passage des gaz d’échappement circulant dans le circuit de recirculation 12, et cette rotation est mise à profit pour assister le fonctionnement du véhicule, par exemple en soulageant l’alternateur dans la production d’électricité et/ou en apportant une assistance mécanique au moteur ou à des éléments de l’architecture moteur tels que le turbocompresseur par exemple. La turbine de récupération d’énergie peut notamment être couplée mécaniquement à une machine électrique, apte à générer et/ou stocker l’énergie électrique ainsi produite pour la redistribuer par ailleurs. C’est selon les exemples détaillés ci-dessus que la turbine 20 est qualifiée de récupératrice d’énergie des gaz recirculés. On pourra également qualifier cette turbine 20 de turbine additionnelle en ce qu’elle est distincte de la turbine du turbocompresseur.The energy recovery turbine 20 is driven in rotation by the passage of the exhaust gases circulating in the recirculation circuit 12, and this rotation is used to assist the operation of the vehicle, for example by relieving the alternator in the production of electricity and / or by providing mechanical assistance to the engine or to elements of the engine architecture such as the turbocharger for example. The energy recovery turbine can in particular be mechanically coupled to an electric machine, capable of generating and / or storing the electric energy thus produced so as to redistribute it elsewhere. It is according to the examples detailed above that the turbine 20 is qualified as energy recuperator of the recirculated gases. This turbine 20 can also be qualified as an additional turbine in that it is distinct from the turbine of the turbocharger.
Le dispositif d’échange thermique 22 est disposé sur le circuit de recirculation 12, ici en aval, dans le sens de recirculation des gaz, de la turbine de récupération d’énergie 20, de manière à refroidir les gaz recirculés avant leur réinsertion dans le circuit d’admission 4.The heat exchange device 22 is disposed on the recirculation circuit 12, here downstream, in the direction of gas recirculation, of the energy recovery turbine 20, so as to cool the recirculated gases before their reinsertion into the intake circuit 4.
Le dispositif d’échange thermique peut notamment consister en un échangeur de chaleur de type air-air ou de type air-eau, le choix étant fait notamment en fonction de contraintes d'encombrement, sans sortir du contexte de l’invention.The heat exchange device may in particular consist of an air-air type or air-water type heat exchanger, the choice being made in particular according to space constraints, without departing from the context of the invention.
Une vanne de régulation 120, agencée sur le circuit de recirculation, permet de piloter le pourcentage de gaz d’échappement dans l’air admis dans la chambre de combustion du bloc moteur 2. Dans le contexte de l’invention, tout type de vanne peut être mis en œuvre. On comprend que la vanne de régulation est associée à un moyen de commande configuré pour piloter le passage de gaz recirculés en fonction des caractéristiques de fonctionnement du moteur souhaitées. Dans l’exemple illustré, et tel que cela est notamment visible sur la figure 2, on peut prévoir de disposer la vanne de régulation 120 directement en amont du point de raccordement, dénommé deuxième extrémité 16, du circuit de recirculation 12 avec le circuit d’admission 4, sans que cela soit toutefois restrictif.A regulation valve 120, arranged on the recirculation circuit, makes it possible to control the percentage of exhaust gas in the air admitted into the combustion chamber of the engine block 2. In the context of the invention, any type of valve can be implemented. It is understood that the regulation valve is associated with a control means configured to control the passage of recirculated gases as a function of the desired operating characteristics of the engine. In the example illustrated, and as can be seen in particular in FIG. 2, provision may be made for placing the control valve 120 directly upstream from the connection point, called the second end 16, of the recirculation circuit 12 with the circuit d admission 4, without however being restrictive.
Selon l’invention, le circuit de recirculation 12 débouche sur le circuit d’admission 4 dans une portion d’étranglement 100, c’est-à-dire une section du circuit d’admission réduite par rapport à des sections respectivement en amont et en aval de cette portion d’étranglement 100. Une telle portion d’étranglement est notamment visible sur la figure 2 et on comprend que dans cette zone de moindre section, le mélange gazeux présent dans le circuit d’admission accélère et il se produit une dépression ponctuelle, sur laquelle, avantageusement, le circuit de recirculation 12 débouche.According to the invention, the recirculation circuit 12 leads to the intake circuit 4 in a throttling portion 100, that is to say a section of the intake circuit reduced relative to sections respectively upstream and downstream of this throttling portion 100. Such a throttling portion is particularly visible in FIG. 2 and it is understood that in this zone of smaller section, the gas mixture present in the intake circuit accelerates and there is produced point depression, on which, advantageously, the recirculation circuit 12 opens.
Tel que cela va être précisé ci-après, la dépression ainsi formée ponctuellement au point d’introduction du circuit de recirculation est supérieure à celle nécessaire pour créer un différentiel de pression pour la seule circulation des gaz d’échappement dans le circuit de recirculation. La dépression, c’est-à-dire la forme et les dimensions de la portion d’étranglement, est déterminée par le calcul afin d’augmenter de manière significative le rapport de pression entre les bornes de la turbine et de permettre l’augmentation du potentiel de récupération d’énergie.As will be specified below, the vacuum thus formed punctually at the point of introduction of the recirculation circuit is greater than that necessary to create a pressure differential for the sole circulation of the exhaust gases in the recirculation circuit. The vacuum, i.e. the shape and dimensions of the throttle portion, is determined by calculation in order to significantly increase the pressure ratio between the turbine terminals and allow the increase energy recovery potential.
On comprend que des vannes agencées sur le circuit d’admission et/ou sur le circuit d’échappement pourraient créer une dépression tout aussi importante, mais qui consisterait presque intégralement en des pertes de charge, ce qui générerait une augmentation du différentiel de pression entre l’échappement et l’admission du bloc moteur. Ce problème serait aussi présent si l’écoulement dans la portion d’étranglement devait être sonique ou supersonique, et la portion d’étranglement doit être définie à cet effet pour éviter de telles conditions d’écoulement.It is understood that valves arranged on the intake circuit and / or on the exhaust circuit could create an equally significant depression, but which would consist almost entirely of pressure drops, which would generate an increase in the pressure differential between the engine block exhaust and intake. This problem would also be present if the flow in the choke portion were to be sonic or supersonic, and the choke portion must be defined for this purpose to avoid such flow conditions.
On va donner dans les paragraphes suivants des éléments de calcul pour la détermination du dimensionnement approprié de la portion d’étranglement.We will give in the following paragraphs calculation elements for determining the appropriate dimensioning of the choke portion.
Le potentiel de récupération d’énergie de la turbine additionnelle peut être exprimée comme suit :The energy recovery potential of the additional turbine can be expressed as follows:
^îurb.ref P turb CP exh QeGR exh^ îurb.ref P turb C P exh QeGR exh
1P exh . P adm , ι-y A 1 /1P exh. P adm, ι-y A 1 /
AvecWith
Pturb : Puissance mécanique récupérée à la turbine de récupération d’énergie Vturb : Rendement de la turbine de récupération d’énergie Cpexh : capacité calorifique à pression constante du gaz d’échappement Qegr · Débit massique des gaz recirculésP tur b: Mechanical power recovered at the energy recovery turbine Vturb : Efficiency of the energy recovery turbine Cpexh : heat capacity at constant pressure of the exhaust gas Qegr · Mass flow of recirculated gases
Γ A : Température des gaz d’échappementΓ A : Exhaust gas temperature
Pexh : Pression des gaz d’échappementPexh : Exhaust gas pressure
Padm : Pression des gaz d’admissionPadm : Intake gas pressure
Le rapport de pression échappement/admission est déterminé par les caractéristiques des lignes d’échappement et d’admission, du turbocompresseur et les choix de calibration.The exhaust / intake pressure ratio is determined by the characteristics of the exhaust and intake lines, the turbocharger and the calibration choices.
L’introduction des gaz recirculés sur le circuit d’admission au niveau d’une portion d’étranglement 100 permet l’abaissement de pression en sortie du circuit de recirculation. En effet, le débit au col du venturi peut s’exprimer de la façon suivante (en négligeant l’énergie cinétique du fluide dans la section Al, supposée suffisamment grande) :The introduction of recirculated gases into the intake circuit at a throttle portion 100 allows the pressure to be reduced at the outlet of the recirculation circuit. Indeed, the flow at the neck of the venturi can be expressed in the following way (neglecting the kinetic energy of the fluid in section Al, assumed to be sufficiently large):
OùOr
Qcoi ~ CdScoiQcoi ~ CdS co i
HT fHT f
max PRcr,^l P Al.max PR cr , ^ l P Al.
I) f(x)I) f (x)
2γ /-I λ z-i2γ / -I λ z-i
1-x1-x
PR rPR r
\/-l /+lz \ / - l / + l z
Avec :With:
QcolQcol
CdS col pcol pAl : Débit massique des gaz à ia zone de jonction dans la portion d’étranglement Section effective à la zone de jonction dans la portion d’étranglement : Pression à la zone de jonction dans la portion d’étranglement : Pression au niveau de la première section de passage AlCdS col pcol pAl: Mass flow of gases at the junction zone in the choke portion Effective section at the junction zone in the choke portion: Pressure at the junction zone in the choke portion: Pressure at level of the first passage section Al
PRcr : Rapport de pression critiquePRcr: Critical pressure report
7741 : Température des gaz au niveau de la première section de passage Al7741: Gas temperature at the level of the first passage section Al
P : Constante spécifique du gaz considéréP: Specific constant of the gas considered
Et / : Indice adiabatique du gaz considéréAnd /: Adiabatic index of the gas considered
Il en résulte que la puissance récupérée par la turbine sur le circuit de recirculation des gaz d’échappement est alors accrue du fait de l’augmentation du rapport de pression, selon l’équation suivante :As a result, the power recovered by the turbine on the exhaust gas recirculation circuit is then increased due to the increase in the pressure ratio, according to the following equation:
^îurb dîurb exh QeGR exh^ îurb dîurb exh QeGR exh
1P exh P adm . P adm P col ι-y A ) /1P exh P adm. P adm P col ι-y A) /
On saura définir les sections de passage dans la portion d’étranglement pour récupérer un maximum de puissance par la turbine.We will be able to define the passage sections in the throttling portion to recover maximum power from the turbine.
En se référant de nouveau à la figure 2, il est notable que le circuit de recirculation 12 débouche dans la portion d’étranglement 100 en définissant une première partie amont 101 formant goulet d’étranglement et une deuxième partie aval 102 s’évasant en s’éloignant de cette portion d’étranglement. En d’autres termes, la première partie amont 101 présente une section qui évolue en se réduisant depuis le circuit d’admission 4 vers la portion d’étranglement et la deuxième partie aval 102 présente une section qui évolue inversement, en augmentant depuis la portion d’étranglement 100 vers le circuit d’admission 4.Referring again to FIG. 2, it is notable that the recirculation circuit 12 opens into the throttle portion 100 by defining a first upstream part 101 forming a bottleneck and a second downstream part 102 flaring in s moving away from this choke portion. In other words, the first upstream part 101 has a section which evolves by reducing from the intake circuit 4 towards the throttling portion and the second downstream part 102 has a section which evolves inversely, increasing from the portion throttle 100 to the intake circuit 4.
On peut définir une première section de passage Al du circuit d’admission 4 avant que la dimension de ce circuit ne diminue en se rapprochant de la portion d’étranglement 100 et la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12, ainsi qu’une deuxième section de passage A4 de ce même circuit d’admission 4 en aval de la portion d’étranglement, dans une zone où la dimension du circuit d’admission est redevenue constante. Il est notable que selon l’invention, la première section de passage Al est sensiblement égale à la deuxième section de passage A4. On évite ainsi des pertes de charge significatives à l’admission qui pourraient pénaliser le fonctionnement du moteur thermique.We can define a first passage section A1 of the intake circuit 4 before the dimension of this circuit decreases by approaching the throttling portion 100 and the junction zone with the recirculation circuit 12, as well as a second passage section A4 of this same intake circuit 4 downstream of the throttling portion, in an area where the dimension of the intake circuit has become constant. It is notable that according to the invention, the first passage section A1 is substantially equal to the second passage section A4. This avoids significant pressure drop on intake which could penalize the operation of the engine.
La zone de jonction du circuit d’admission 4 et du circuit de recirculation 12 est telle que le circuit de recirculation débouche dans le circuit d’admission 4 au centre de la portion d’étranglement 100, c’est-à-dire de manière à former une partie aval et une partie amont entre la première section de passage Al et la deuxième section de passage A4 du circuit d’admission 4 qui soient de longueurs, dans le sens d’écoulement de l’air dans le circuit d’admission, sensiblement égales.The junction area of the intake circuit 4 and the recirculation circuit 12 is such that the recirculation circuit opens into the intake circuit 4 at the center of the throttling portion 100, that is to say so forming a downstream part and an upstream part between the first passage section A1 and the second passage section A4 of the intake circuit 4 which are of length, in the direction of flow of the air in the intake circuit , substantially equal.
Par ailleurs, dans l’exemple illustré, le circuit de recirculation 12 débouche dans la portion d’étranglement 100 du circuit d’admission 4, à la périphérie de celui-ci, par un piquage sur la paroi délimitant le conduit du circuit d’admission. On pourra prévoir, dans une variante ici non représentée, que le circuit de recirculation traverse la paroi délimitant le conduit de circuit d’admission et se prolonge à l’intérieur du circuit d’admission pour déboucher sensiblement au niveau de l’axe définissant le conduit du circuit d’admission.Furthermore, in the example illustrated, the recirculation circuit 12 opens into the throttling portion 100 of the intake circuit 4, at the periphery thereof, by a tap on the wall delimiting the conduit of the circuit. admission. It will be possible, in a variant not shown here, for the recirculation circuit to pass through the wall delimiting the intake circuit conduit and extend inside the intake circuit to open out substantially at the level of the axis defining the intake circuit duct.
D’autres variantes pourraient être mises en œuvre, notamment en inclinant le circuit de recirculation dans la zone de jonction, afin d’injecter les gaz recirculés avec un angle OL, avantageusement compris entre 0 et 90°, par rapport à l’écoulement principal dans le circuit d’admission, et/ou en prévoyant plusieurs zones de jonction en périphérie du circuit d’admission.Other variants could be implemented, in particular by tilting the recirculation circuit in the junction zone, in order to inject the recirculated gases with an angle OL, advantageously between 0 and 90 °, relative to the main flow. in the intake circuit, and / or by providing several junction zones at the periphery of the intake circuit.
Dans chacun de ces cas, il est notable que l’on injecte les gaz recirculés dans une zone de dépression, générée par la conformation de la portion d’étranglement 100 sur le circuit d’admission 4. La pression au niveau de la deuxième extrémité 16 du circuit de recirculation 12 est dès lors diminuée fortement par rapport à la pression au niveau de la première extrémité 14, et le différentiel de pression ainsi créé est favorable au fonctionnement de la turbine de récupération d’énergie 20 ménagée sur le circuit de recirculation.In each of these cases, it is remarkable that the recirculated gases are injected into a vacuum zone, generated by the conformation of the throttling portion 100 on the intake circuit 4. The pressure at the second end 16 of the recirculation circuit 12 is therefore greatly reduced relative to the pressure at the first end 14, and the pressure differential thus created is favorable to the operation of the energy recovery turbine 20 formed on the recirculation circuit .
Selon l’invention, on positionne ainsi une turbine de récupération d’énergie sur un circuit de recirculation aux bornes duquel on génère un différentiel de pression pour le fonctionnement optimal de cette turbine, le différentiel de pression étant mis en œuvre autrement que par une vanne de régulation qui générerait une perte de charge élevée.According to the invention, an energy recovery turbine is thus positioned on a recirculation circuit at the terminals of which a pressure differential is generated for the optimal operation of this turbine, the pressure differential being implemented other than by a valve. which would generate a high pressure drop.
Du fait de la configuration de la portion d’étranglement, on assure la création de ce différentiel de pression en conservant une pression équivalente entre la première section de passage Al et la deuxième section de passage A4 du circuit d’admission, ce qui permet de ne pas modifier le ratio de différence de pression entre l’admission et l’échappement moteur. On s’assure ainsi du fonctionnement optimal de la turbine de récupération d’énergie sans pénaliser le fonctionnement du moteur thermique. Selon l’invention, on ne vise pas à modifier le débit du mélange gazeux admis dans le bloc moteur et le débit des gaz recirculés, mais plutôt à augmenter le rapport de pression entre le piquage du circuit de recirculation sur le circuit d’admission et le piquage du circuit de recirculation à l’autre extrémité sur le circuit d’échappement.Due to the configuration of the throttling portion, this pressure differential is created by maintaining an equivalent pressure between the first passage section A1 and the second passage section A4 of the intake circuit, which makes it possible to do not change the pressure difference ratio between the intake and the engine exhaust. This ensures the optimal operation of the energy recovery turbine without penalizing the operation of the heat engine. According to the invention, the aim is not to modify the flow rate of the gaseous mixture admitted into the engine block and the flow rate of the recirculated gases, but rather to increase the pressure ratio between the connection of the recirculation circuit to the intake circuit and the connection of the recirculation circuit at the other end to the exhaust circuit.
Dans ce premier mode de réalisation, il convient de noter que la section de passage immédiatement en aval A3 de l’arrivée de gaz recirculés, c’est-à-dire la section de passage minimale au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation, est identique à la section de passage immédiatement en amont A2 de cette arrivée de gaz recirculés, c’est-à-dire la section de passage minimale au voisinage de cette jonction.In this first embodiment, it should be noted that the passage section immediately downstream A3 from the arrival of recirculated gases, that is to say the minimum passage section in the vicinity of the junction with the recirculation circuit , is identical to the passage section immediately upstream A2 of this recirculated gas inlet, that is to say the minimum passage section in the vicinity of this junction.
La dimension de ces sections de passage minimales doit être déterminée précisément par le calcul de manière à pouvoir s’adapter aux apports en gaz recirculés. Après l’injection de ces gaz, l’écoulement est dans ce cas accéléré et, en cas de section de passage immédiatement en aval A3 trop faible ou en cas de débit trop important de gaz recirculés, ce mode de réalisation présente le risque de générer des conditions d’écoulement soniques ou supersoniques.The dimension of these minimum passage sections must be determined precisely by calculation so as to be able to adapt to the recirculated gas supplies. After the injection of these gases, the flow is accelerated in this case and, in the case of a passage section immediately downstream A3 too low or in the event of too large a flow of recirculated gases, this embodiment presents the risk of generating sonic or supersonic flow conditions.
Afin de s’assurer de ne pas entrer dans de telles caractéristiques de fonctionnement, on peut mettre en œuvre un deuxième mode de réalisation qui illustré sur la figure 3 et qui différé du mode de réalisation précédemment présenté en ce que la première portion amont 101 présente une section de passage minimale A2 au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation 12 qui est inférieure à la section de passage minimale A3 de la deuxième portion aval 102 au voisinage de ladite jonction. En d’autres termes, la section de passage immédiatement en aval de l’arrivée de gaz recirculés est plus grande que la section de passage immédiatement en amont de cette arrivée de gaz. L’augmentation de la section de passage en aval du raccordement est définie en fonction d’un taux moyen d’injection de gaz recirculés, de manière à ce que la pression en sortie de la portion d’étranglement soit très proche de celle qu’il y aurait dans le circuit d’admission en l’absence de portion d’étranglement.In order to ensure that it does not enter into such operating characteristics, it is possible to implement a second embodiment which illustrated in FIG. 3 and which differs from the embodiment previously presented in that the first upstream portion 101 has a minimum passage section A2 in the vicinity of the junction with the recirculation circuit 12 which is less than the minimum passage section A3 of the second downstream portion 102 in the vicinity of said junction. In other words, the passage section immediately downstream of the recirculated gas inlet is larger than the passage section immediately upstream of this gas inlet. The increase in the passage section downstream of the connection is defined as a function of an average injection rate of recirculated gases, so that the pressure at the outlet of the throttling portion is very close to that which there would be in the intake circuit in the absence of a throttle portion.
Dans ce cas, on vise à ne pas proposer une section de passage immédiatement en aval A3 qui soit trop grande, ce qui pourrait entraîner, dans les cas où l’apport en gaz recirculés est minime, une perte de charge sur le circuit d’admission. Ce deuxième mode de réalisation permet notamment de tenir compte d’un haut débit moteur alors que le circuit de recirculation fonctionne à faible débit.In this case, the aim is not to propose a passage section immediately downstream A3 which is too large, which could lead, in cases where the supply of recirculated gases is minimal, a pressure drop on the circuit. admission. This second embodiment makes it possible in particular to take account of a high motor flow rate while the recirculation circuit operates at low flow rate.
Un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 4, se distingue du deuxième mode de réalisation précédemment décrit en ce qu’il comporte en outre un circuit de dérivation 103 disposé en parallèle de la portion d’étranglement 100. De la sorte, on s’affranchit de l’amoindrissement de section de passage pour au moins une partie du mélange gazeux arrivant dans le circuit d’admission 4 en amont de la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12.A third embodiment, illustrated in FIG. 4, differs from the second embodiment previously described in that it further comprises a bypass circuit 103 disposed in parallel with the throttle portion 100. In this way, we overcomes the reduction in passage cross-section for at least part of the gas mixture arriving in the intake circuit 4 upstream of the junction zone with the recirculation circuit 12.
Ce circuit de dérivation 103 est équipé d’une vanne régulatrice de débit 104, qui permet de piloter la quantité de mélange gazeux en provenance de l’admission autorisé à contourner la portion d’étranglement, afin de permettre un débit moteur maximum.This bypass circuit 103 is equipped with a flow regulating valve 104, which makes it possible to control the quantity of gaseous mixture coming from the intake authorized to bypass the throttling portion, in order to allow a maximum engine flow.
Dans ce troisième mode de réalisation, il est dès lors possible de dimensionner les sections de passage immédiatement en amont et en aval plus petites que dans le deuxième mode de réalisation et d’autoriser via la portion d’étranglement des débits maximaux plus faibles, puisqu’au-delà du débit maximal autorisé par la portion d’étranglement, la vanne associée au circuit de dérivation peut être partiellement ou complètement ouverte et permettre le passage du mélange gazeux. Un tel mode de réalisation présente l’avantage de dimensionner la portion d’étranglement sur des débits faibles et donc d’accroître le différentiel de pression entre l’entrée du circuit de recirculation des gaz et sa sortie au niveau de la portion d’étranglement sur le circuit d’admission. On comprend qu’il convient d’associer à la vanne régulatrice 104 un module de commande configuré pour piloter cette vanne en fonction du débit de gaz recirculés réinjectés dans le circuit d’admission et en fonction du besoin moteur en mélange gazeux frais.In this third embodiment, it is therefore possible to size the passage sections immediately upstream and downstream smaller than in the second embodiment and to authorize via the throttling portion lower maximum flows, since 'Beyond the maximum flow authorized by the throttling portion, the valve associated with the bypass circuit may be partially or completely open and allow the gas mixture to pass. Such an embodiment has the advantage of dimensioning the throttling portion on low flow rates and therefore of increasing the pressure differential between the inlet of the gas recirculation circuit and its outlet at the throttling portion on the intake circuit. It is understood that it is advisable to associate with the regulating valve 104 a control module configured to control this valve as a function of the flow rate of recirculated gases reinjected into the intake circuit and as a function of the engine requirement in fresh gas mixture.
Ce type de réalisation avec une portion d’étranglement à section variable est notamment intéressant dans le cas d’application à des circuits de recirculation à basse pression, tel qu’il va être décrit ci-après en référence à la figure 7. On peut en effet réduire la section de passage pour obtenir le différentiel de pression souhaité pour le fonctionnement de la turbine de récupération d’énergie et augmenter cette section pour passer le débit moteur maximum.This type of embodiment with a throttling portion of variable section is particularly advantageous in the case of application to low pressure recirculation circuits, as will be described below with reference to FIG. 7. It is possible to indeed reduce the passage section to obtain the desired pressure differential for the operation of the energy recovery turbine and increase this section to pass the maximum engine flow.
On va maintenant décrire, en se référant aux figures 5 et 6, deux modes de réalisation particuliers en ce qu’au moins une section de passage de la portion d’étranglement présente une dimension variable en fonction des conditions de fonctionnement de l’ensemble de circulation de gaz d’échappement. Dans ces deux modes de réalisation, on prévoit des moyens de réglage 50 de la section de passage minimale A2, A3 d’au moins une partie parmi la première partie amont 101 et la deuxième partie aval 102, c’est-à-dire d’au moins une partie immédiatement adjacente à la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12. Plus particulièrement, les moyens de réglage 50 comportent un module de commande configuré pour définir une section de passage à viser en fonction de la section de passage initiale, de la quantité de gaz recirculés à réinjecter, de la quantité d’air frais à amener au répartiteur d’admission et du différentiel de pression maximum qui peut être généré pour faire fonctionner au mieux la turbine de récupération d’énergie. Il peut également être prévu de configurer les moyens de réglage afin qu’ils puissent recevoir des informations relatives au fonctionnement du système de récupération d’énergie, et notamment le fonctionnement de la turbine 20 et/ou l’état de la machine électrique associée et/ou l’état de charge du système de stockage associé.We will now describe, with reference to FIGS. 5 and 6, two particular embodiments in that at least one passage section of the throttle portion has a variable dimension depending on the operating conditions of the assembly of exhaust gas circulation. In these two embodiments, means 50 for adjusting the minimum passage cross section A2, A3 are provided for at least one part from the first upstream part 101 and the second downstream part 102, that is to say d at least one part immediately adjacent to the junction zone with the recirculation circuit 12. More particularly, the adjustment means 50 comprise a control module configured to define a passage section to be targeted as a function of the initial passage section, the quantity of recirculated gas to be reinjected, the quantity of fresh air to be supplied to the intake distributor and the maximum pressure differential that can be generated to make the energy recovery turbine operate at its best. It can also be provided to configure the adjustment means so that they can receive information relating to the operation of the energy recovery system, and in particular the operation of the turbine 20 and / or the state of the associated electrical machine and / or the state of charge of the associated storage system.
Un quatrième mode de réalisation est ainsi illustré sur la figure 5 dans lequel les moyens de réglage 50 pilotent une variation simultanée de la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 et de la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102. Les moyens de réglage 50 permettent dans un premier cas de réduire la section de passage sur toute la portion d’étranglement lorsque les débits sont faibles, ce qui permet d’augmenter le rapport de pression aux bornes de la turbine de récupération d’énergie, et dans un deuxième cas d’augmenter cette section de passage lorsque les débits sont plus importants, afin d’éviter un écoulement sonique ou supersonique.A fourth embodiment is thus illustrated in FIG. 5 in which the adjustment means 50 control a simultaneous variation of the minimum passage section A2 of the first upstream part 101 and of the minimum passage section A3 of the second downstream part 102 The adjustment means 50 allow in a first case to reduce the passage section over the entire throttling portion when the flow rates are low, which makes it possible to increase the pressure ratio at the terminals of the energy recovery turbine. , and in a second case to increase this passage section when the flow rates are greater, in order to avoid a sonic or supersonic flow.
On a représenté schématiquement sur la figure 5 un moyen de réglage 50 équipé d’une tige de vérin 51 en appui sur une paroi périphérique du conduit délimitant la portion d’étranglement, et on comprend que dans ce cas d’exemple, le moyen de réglage est configuré pour générer un déplacement défini en avancée de la tige de vérin pour qu’elle pousse sur la paroi, afin de l’amener dans la position représentée en traits pointillés sur la figure, ou pour générer un déplacement défini en retrait de la tige de vérin pour qu’elle entraîne l’écartement de la paroi, afin de l’amener dans la position représentée en traits pleins sur la figure.There is shown diagrammatically in FIG. 5 an adjustment means 50 equipped with an actuator rod 51 bearing on a peripheral wall of the duct delimiting the throttling portion, and it is understood that in this example example, the means of adjustment is configured to generate a defined displacement in advance of the actuator rod so that it pushes on the wall, in order to bring it into the position shown in dotted lines in the figure, or to generate a defined displacement in withdrawal of the cylinder rod so that it causes the separation of the wall, in order to bring it into the position shown in solid lines in the figure.
Le moyen de réglage 50 peut notamment être agencé au centre de la portion d’étranglement, au même titre que la deuxième extrémité 16 du circuit de recirculation 12, à l’opposé de celui-ci. De la sorte, une action sur la paroi définissant le conduit de la portion d’étranglement 100 impacte de façon symétrique la première partie amont 101 et la deuxième partie aval 102.The adjustment means 50 can in particular be arranged at the center of the throttling portion, in the same way as the second end 16 of the recirculation circuit 12, opposite the latter. In this way, an action on the wall defining the duct of the throttling portion 100 symmetrically impacts the first upstream part 101 and the second downstream part 102.
Comme ce qui a pu être présenté dans un précédent mode de réalisation, un circuit de dérivation 103 peut être mis en œuvre pour court-circuiter cette portion d’étranglement, afin de pallier d’éventuelles défaillances des moyens de réglage, ou de pallier les limitations dimensionnelles de la portion d’étranglement.Like what could have been presented in a previous embodiment, a bypass circuit 103 can be implemented to short-circuit this throttling portion, in order to compensate for possible failures of the adjustment means, or to overcome the dimensional limitations of the choke portion.
Un cinquième mode de réalisation est illustré sur la figure 6 dans lequel des moyens de réglage 50, 52 pilotent indépendamment une variation de la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 et une variation de la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102. Dans l’exemple illustré, on a prévu deux moyens de réglage parmi lesquels un moyen de réglage 50 est similaire à celui précédemment décrit dans le cadre de la description du quatrième mode de réalisation, et notamment positionné au centre de la portion d’étranglement 100, et un moyen de réglage additionnel 52 est disposé spécifiquement au voisinage de la deuxième extrémité du circuit de recirculation 16, en appui sur la deuxième partie aval 102.A fifth embodiment is illustrated in FIG. 6 in which adjustment means 50, 52 independently control a variation of the minimum passage section A2 of the first upstream part 101 and a variation of the minimum passage section A3 of the second downstream part 102. In the example illustrated, two adjustment means are provided, among which an adjustment means 50 is similar to that previously described in the context of the description of the fourth embodiment, and in particular positioned in the center of the portion. throttle 100, and an additional adjustment means 52 is arranged specifically in the vicinity of the second end of the recirculation circuit 16, bearing on the second downstream part 102.
De la sorte, la différence qui existait à l’origine entre les dimensions de ces deux sections de passage peut varier si le moyen de réglage additionnel 52 est activé. On peut ainsi adapter la zone de jonction à la quantité de gaz recirculés à réinjecter, en adaptant au mieux les différentes sections de passage de la portion d’étranglement 100 aux débits les traversant. On peut de la sorte maximiser l’accroissement du rapport de pression aux bornes de la turbine, tout en permettant une remontée en pression de l’écoulement entre la section de passage immédiatement en aval A3 de la deuxième portion 102 et la deuxième section de passage A4 du circuit d’admission, ce qui évite des pertes de charge pénalisantes pour le fonctionnement moteur.In this way, the difference which originally existed between the dimensions of these two passage sections may vary if the additional adjustment means 52 is activated. It is thus possible to adapt the junction zone to the amount of recirculated gas to be reinjected, by adapting as best as possible the different passage sections of the throttling portion 100 to the flows passing through them. In this way it is possible to maximize the increase in the pressure ratio at the terminals of the turbine, while allowing a rise in pressure of the flow between the passage section immediately downstream A3 of the second portion 102 and the second passage section A4 of the intake circuit, which avoids pressure losses that are detrimental to engine operation.
Comme ce qui a pu être présenté dans un précédent mode de réalisation, un circuit de dérivation peut être mis en œuvre pour court-circuiter cette portion d’étranglement, afin de pallier d’éventuelles défaillances des moyens de réglage, ou de pallier les limitations dimensionnelles de la portion d’étranglement.Like what could have been presented in a previous embodiment, a bypass circuit can be implemented to short-circuit this throttling portion, in order to compensate for possible failures of the adjustment means, or to overcome the limitations dimensions of the choke portion.
On aura compris à la lecture de ce qui précède que le raccordement d’un circuit de recirculation équipé d’une turbine de récupération est particulièrement avantageux lorsqu’il est réalisé dans une portion d’étranglement, afin de bénéficier d’une zone de dépression en sortie du circuit de recirculation pour optimiser les performances de la turbine de récupération d’énergie.It will be understood from reading the above that the connection of a recirculation circuit equipped with a recovery turbine is particularly advantageous when it is carried out in a throttling portion, in order to benefit from a vacuum zone at the outlet of the recirculation circuit to optimize the performance of the energy recovery turbine.
Cet avantage est tout autant obtenu dans le cas d’application illustré sur la figure 7, dans lequel la turbine de récupération d’énergie 20 est montée sur un circuit de recirculation basse pression, alors qu’il était décrit précédemment un circuit de recirculation haute pression. Le circuit de recirculation est dit basse pression dès lors que l’entrée du circuit sur le circuit d’échappement est réalisée en aval de la turbine du turbocompresseur, et la sortie du circuit sur le circuit d’admission est réalisée en amont du compresseur du turbocompresseur. Comme précédemment, le circuit de recirculation équipé d’une turbine de récupération d’énergie débouche sur le circuit d’admission au niveau d’une portion d’étranglement 100. On évite ainsi la présence de volet ou de vanne à l’admission en amont du piquage du circuit de recirculation et la présence d’un volet ou de vanne de contre-pression en aval du piquage du circuit de recirculation sur le circuit d’échappement.This advantage is equally obtained in the case of application illustrated in FIG. 7, in which the energy recovery turbine 20 is mounted on a low pressure recirculation circuit, whereas previously a high recirculation circuit was described. pressure. The recirculation circuit is said to be low pressure as soon as the circuit enters the exhaust circuit is made downstream of the turbocharger turbine, and the circuit leaves the intake circuit is made upstream of the compressor. turbocharger. As before, the recirculation circuit equipped with an energy recovery turbine leads to the intake circuit at a throttle portion 100. This avoids the presence of flap or valve at the intake in upstream of the recirculation circuit connection and the presence of a flap or back pressure valve downstream of the recirculation circuit connection on the exhaust circuit.
Tel qu’illustré sur la figure 8, un circuit de recirculation équipé d’une turbine de récupération d’énergie 20 peut également être mis en place dans un moteur atmosphérique et connecté au circuit d’admission selon le principe de l’invention, c’est-à-dire au niveau d’une portion d’étranglement qui facilite le différentiel de pression nécessaire au bon fonctionnement de la turbine de récupération d’énergie.As illustrated in FIG. 8, a recirculation circuit equipped with an energy recovery turbine 20 can also be installed in an atmospheric engine and connected to the intake circuit according to the principle of the invention, c '' ie at a throttling portion which facilitates the pressure differential necessary for the proper functioning of the energy recovery turbine.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’ensemble de circulation de gaz d’échappement sans sortir du contexte de l’invention, étant entendu que l’invention ne saurait se limiter au mode de réalisation spécifiquement décrit dans ce document, et qu’elle s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens, dès lors qu’un circuit de recirculation de gaz présente simultanément une turbine de récupération d’énergie et un extrémité raccordée au circuit d’admission au niveau d’une portion d’étranglement formant un différentiel de pression adapté au bon fonctionnement de la turbine.Of course, various modifications can be made by a person skilled in the art to the exhaust gas circulation assembly without departing from the context of the invention, it being understood that the invention cannot be limited to the embodiment specifically described. in this document, and that it extends in particular to all equivalent means and to any technically operating combination of these means, as soon as a gas recirculation circuit simultaneously has an energy recovery turbine and a connected end to the intake circuit at a throttling portion forming a pressure differential adapted to the proper functioning of the turbine.
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