FR3070723A1 - ENGINE ASSEMBLY COMPRISING A TURBOCHARGER AND AN ELECTRIC POWER COMPRESSOR - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble moteur (1), comprenant au moins une conduite d'admission (10) de gaz alimentant un bloc-moteur (4) d'un moteur à combustion interne (2) et une conduite d'échappement (14) des gaz en sortie du bloc-moteur, un turbocompresseur (16) permettant d'élever la pression des gaz s'écoulant dans la conduite d'admission (10), ledit turbocompresseur étant équipé d'un dispositif de réglage (200) de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur. L'ensemble moteur comporte un compresseur électrique (26) de suralimentation agencé sur la conduite d'admission (10) de gaz et un dispositif de commande (30) du compresseur électrique (26) de suralimentation. Le dispositif de commande (30) est configuré pour recevoir des informations relatives à l'activation du dispositif de réglage (200) de la pression et pour commander le compresseur électrique (26) de suralimentation en fonction desdites informations et d'une information complémentaire de déficit de suralimentation du moteur à combustion interne (2).The invention relates to an engine assembly (1) comprising at least one gas intake pipe (10) supplying an engine block (4) of an internal combustion engine (2) and an exhaust pipe (14). ) gases at the outlet of the engine block, a turbocharger (16) for raising the pressure of the gases flowing in the intake pipe (10), said turbocharger being equipped with an adjusting device (200) for the pressure upstream of the turbine of the turbocharger. The engine assembly includes an electric supercharging compressor (26) arranged on the gas intake pipe (10) and a control device (30) for the electric supercharger (26). The controller (30) is configured to receive information relating to the activation of the pressure setting device (200) and to control the boost electric compressor (26) based on said information and information complementary to the deficiency of supercharging of the internal combustion engine (2).
Description
Ensemble moteur comportant un turbocompresseur et un compresseur électrique de suralimentationEngine assembly comprising a turbocharger and an electric supercharger
La présente demande concerne les moteurs à combustion interne et plus particulièrement les moteurs à combustion interne équipés d’un turbocompresseur comportant un dispositif de réglage de la pression des gaz amenés à traverser la turbine du turbocompresseur.The present application relates to internal combustion engines and more particularly to internal combustion engines equipped with a turbocharger comprising a device for adjusting the pressure of the gases brought to pass through the turbine of the turbocharger.
est connu d’équiper un moteur à combustion interne d’un turbocompresseur, pour suralimenter le moteur en gaz d’admission, c’est-à-dire augmenter la pression de ces gaz d’admission, et améliorer ainsi la puissance moteur et les performances du véhicule. Un tel turbocompresseur se compose d’une turbine placée dans la conduite d’échappement de l’ensemble moteur, en aval du bloc-moteur, et reliée par l’intermédiaire d’un arbre à un compresseur qui est lui placé dans la conduite d’admission des gaz. Les gaz d’échappement sortant du bloc-moteur génèrent ainsi le pivotement de la turbine, qui entraîne en rotation le compresseur et permet au compresseur de comprimer l’air circulant dans la conduite d’admission avant son injection dans le bloc-moteur.is known to equip an internal combustion engine with a turbocharger, to supercharge the engine with intake gas, that is to say increase the pressure of these intake gases, and thus improve the engine power and vehicle performance. Such a turbocharger consists of a turbine placed in the exhaust pipe of the engine assembly, downstream of the engine block, and connected by means of a shaft to a compressor which is placed in the pipe d gas intake. The exhaust gases leaving the engine block thus generate the pivoting of the turbine, which drives the compressor in rotation and allows the compressor to compress the air circulating in the intake pipe before its injection into the engine block.
Pour prévenir un emballement du turbocompresseur, celui-ci peut être équipé d’un dispositif de réglage de la pression des gaz d’échappement, ou dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur, permettant de limiter la pression des gaz amenés à traverser la turbine du turbocompresseur. Un tel dispositif de réglage de la pression des gaz d’échappement peut consister en une soupape de décharge (appelée « wastegate » en anglais) montée sur la conduite d’échappement, en aval du bloc-moteur et en amont de la turbine du turbocompresseur. La soupape de décharge est configurée pour dévier une partie des gaz d’échappement, par exemple lorsque leur pression dépasse une valeur seuil, ou bien en fonction de la pression de suralimentation ou de celle d’échappement, ou bien encore en fonction d’une limitation souhaité du régime turbo. Selon une alternative, le dispositif de réglage de la pression des gaz d’échappement peut consister à substituer la turbine du turbocompresseur par une turbine à géométrie variable (appelée « Variable Geometry Turbocharger» en anglais et qui peut se décliner en « Variable Nozzle Turbine » ou « Sliding Nozzle Turbine ») dans laquelle des dispositifs de guidage des gaz vers les pales de la turbine sont actionnés pour modifier leur orientation et la quantité de gaz ainsi guidé, de manière à diminuer la vitesse de rotation de la turbine pour un même débit des gaz d’écbappement.To prevent runaway of the turbocharger, it can be equipped with an exhaust gas pressure adjustment device, or pressure adjustment device upstream of the turbocharger turbine, making it possible to limit the gas pressure brought through the turbine of the turbocharger. Such an exhaust gas pressure adjustment device can consist of a relief valve (called “wastegate” in English) mounted on the exhaust pipe, downstream of the engine block and upstream of the turbocharger turbine. . The relief valve is configured to deflect part of the exhaust gases, for example when their pressure exceeds a threshold value, either according to the boost or exhaust pressure, or alternatively according to a desired limitation of the turbo regime. According to an alternative, the device for adjusting the exhaust gas pressure can consist in replacing the turbine of the turbocharger by a turbine with variable geometry (called "Variable Geometry Turbocharger" in English and which can be declined in "Variable Nozzle Turbine" or “Sliding Nozzle Turbine”) in which devices for guiding the gases towards the blades of the turbine are actuated to modify their orientation and the quantity of gas thus guided, so as to decrease the speed of rotation of the turbine for the same flow rate exhaust gas.
Dans les deux cas de figure, il est connu de piloter le dispositif de réglage de la pression des gaz d’écbappement en un mode fermé lorsque le véhicule décélère, ou bien lorsqu’une demande de décélération du véhicule a été ou va être effectuée, et qu’il en résulte que le moteur à combustion interne n’est plus alimenté en carburant, ce mode fermé consistant à assurer le passage des gaz d’écbappement dans la turbine pour maintenir la vitesse de rotation du turbocompresseur malgré la coupure d’injection, notamment pour préserver l’agrément de conduite par une bonne réactivité lors d’une prochaine montée en régime.In both cases, it is known to control the device for adjusting the pressure of the exhaust gas in a closed mode when the vehicle decelerates, or else when a request for deceleration of the vehicle has been or will be made, and it follows that the internal combustion engine is no longer supplied with fuel, this closed mode consisting in ensuring the passage of the exhaust gases in the turbine in order to maintain the rotational speed of the turbocharger despite the injection cut-off. , in particular to preserve driving pleasure by good reactivity during a next revival.
Dans des cas d’application sur des véhicules hybrides, où l’on cherche à récupérer l’énergie cinétique du moteur lors des phases de décélération du véhicule, le pilotage du dispositif de réglage de la pression des gaz d’écbappement en un mode fermé lors de ces phases de décélération est préjudiciable. Cela a en effet pour effet d’entraîner une augmentation significative des pertes par pompage, impliquant une réduction du potentiel de récupération d’énergie cinétique.In the case of applications on hybrid vehicles, where it is sought to recover the kinetic energy of the engine during the vehicle deceleration phases, the control of the device for adjusting the pressure of the exhaust gases in a closed mode during these deceleration phases is detrimental. This has the effect of causing a significant increase in pumping losses, implying a reduction in the potential for recovery of kinetic energy.
est dès lors connu de piloter le dispositif de réglage de la pression lors des phases de décélération pour augmenter la quantité d’énergie cinétique récupérée. Mais il en résulte une configuration spécifique du turbocompresseur qui peut poser un problème au redémarrage du véhicule, ou plus exactement lorsque le véhicule connaît une demande de réaccélération et que le moteur thermique a besoin d’un apport de puissance. Un trou dans la réaccélération, c’est-àdire un manque de puissance temporaire peut être constaté le temps que le turbocompresseur tourne à nouveau à pleine vitesse, ce qui présente un gros inconvénient pour l’agrément de conduite de l’utilisateur qui s’attend à un temps de réponse court.is therefore known to control the pressure adjustment device during the deceleration phases to increase the amount of kinetic energy recovered. However, this results in a specific configuration of the turbocharger which can pose a problem when the vehicle is restarted, or more precisely when the vehicle experiences a request for re-acceleration and the internal combustion engine needs a supply of power. A hole in the re-acceleration, that is to say a temporary lack of power can be noted while the turbocharger is turning again at full speed, which has a big disadvantage for the driving pleasure of the user who s waits for a short response time.
Une solution envisagée est d’exploiter le couple positif de la machine électrique réversible utilisée préalablement pour récupérer de l’énergie cinétique dégagée par le moteur en décélération, mais on comprend que cela implique de consommer de l’énergie électrique et de pénaliser le rendement de récupération d’énergie cinétique alors que celui-ci est une caractéristique importante des véhicules hybrides.One solution envisaged is to exploit the positive torque of the reversible electric machine used beforehand to recover kinetic energy released by the engine during deceleration, but it is understood that this implies consuming electrical energy and penalizing the efficiency of recovery of kinetic energy while this is an important characteristic of hybrid vehicles.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un ensemble moteur à combustion interne comprenant au moins une conduite d’admission de gaz alimentant un bloc-moteur d’un moteur à combustion interne et une conduite d’écbappement des gaz en sortie du bloc-moteur, un turbocompresseur permettant d’élever la pression des gaz s’écoulant dans la conduite d’admission, ledit turbocompresseur, comportant une turbine agencée sur la conduite d’échappement et un compresseur agencé sur la conduite d’admission, étant équipé d’un dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur, c’est-àdire de la pression des gaz d’échappement amenés à passer dans la turbine. L’ensemble moteur comporte en outre un compresseur électrique de suralimentation agencé sur la conduite d’admission de gaz et un dispositif de commande du compresseur électrique de suralimentation, et le dispositif de commande est configuré pour recevoir des informations relatives à l’activation du dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur et pour commander le compresseur électrique de suralimentation en fonction desdites informations et d’une information complémentaire de déficit de suralimentation du moteur à combustion interne.The invention is part of this context and aims to propose an internal combustion engine assembly comprising at least one gas inlet pipe supplying an engine block of an internal combustion engine and a gas exhaust pipe in outlet of the engine block, a turbocharger making it possible to raise the pressure of the gases flowing in the intake pipe, said turbocharger, comprising a turbine arranged on the exhaust pipe and a compressor arranged on the intake pipe, being equipped with a device for adjusting the pressure upstream of the turbine of the turbocharger, that is to say the pressure of the exhaust gases caused to pass through the turbine. The engine assembly further comprises an electric supercharging compressor arranged on the gas inlet pipe and a control device for the electric supercharging compressor, and the control device is configured to receive information relating to the activation of the device. for adjusting the pressure upstream of the turbine of the turbocharger and for controlling the electric supercharging compressor as a function of said information and of additional information of the supercharging deficit of the internal combustion engine.
En d’autres termes, l’invention propose un ensemble moteur comprenant un compresseur électrique de suralimentation, agencé sur une conduite d’admission de gaz pour un moteur à combustion interne, dont le fonctionnement est piloté par un dispositif de commande. Le dispositif de commande est configuré pour faire fonctionner de façon transitoire le compresseur électrique dans le cas où le moteur à combustion interne a un déficit de suralimentation en gaz s’écoulant dans la conduite d’admission, lorsque le moteur à combustion interne est de nouveau alimenté en carburant en phase de réaccélération suite à une décélération lors de laquelle le dispositif de réglage de la pression a été activée. Ainsi, de façon avantageuse, l’invention propose un ensemble moteur dans lequel il est possible de compenser, si besoin, le temps de réponse du turbocompresseur dans le cadre d’une réaccélération du moteur à combustion interne. On améliore donc le temps de réponse et l’agrément du véhicule, sans pour autant pénaliser la récupération d’énergie cinétique dans le cas d’un véhicule hybride.In other words, the invention provides an engine assembly comprising an electric supercharging compressor, arranged on a gas intake pipe for an internal combustion engine, the operation of which is controlled by a control device. The control device is configured to transiently operate the electric compressor in the case where the internal combustion engine has a supercharging deficit of gas flowing in the intake pipe, when the internal combustion engine is again supplied with fuel in the re-acceleration phase following a deceleration during which the pressure adjustment device was activated. Thus, advantageously, the invention provides an engine assembly in which it is possible to compensate, if necessary, the response time of the turbocharger in the context of a re-acceleration of the internal combustion engine. The response time and the approval of the vehicle are therefore improved, without penalizing the recovery of kinetic energy in the case of a hybrid vehicle.
Selon une caractéristique de réalisation de l’invention, le dispositif de commande est piloté en fonction d’une commande de couple moteur. Le dispositif de commande peut être connecté à un premier capteur permettant de détecter une commande de couple moteur spécifique faite par le conducteur, ou par le véhicule dans le cas de mise en œuvre de conduite autonome ou de régulation de vitesse. A titre d’exemples non limitatifs, ce premier capteur peut être configuré pour détecter renfoncement de la pédale d’accélérateur par le conducteur, ou bien une valeur de pression des gaz d’admission du moteur à combustion interne.According to an embodiment characteristic of the invention, the control device is controlled as a function of an engine torque control. The control device can be connected to a first sensor making it possible to detect a specific engine torque command made by the driver, or by the vehicle in the case of implementing autonomous driving or speed regulation. By way of nonlimiting examples, this first sensor can be configured to detect depression of the accelerator pedal by the driver, or a pressure value of the intake gas pressure of the internal combustion engine.
Selon une caractéristique de réalisation de l’invention, le dispositif de commande peut piloter le fonctionnement du dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur, et il est à titre d’exemple connecté à un deuxième capteur de pression des gaz s’écoulant dans la conduite d’admission. Le dispositif de commande est de la sorte susceptible de calculer une instruction de commande relativement à un déficit de suralimentation du moteur à combustion interne.According to an embodiment characteristic of the invention, the control device can control the operation of the pressure adjustment device upstream of the turbocharger turbine, and it is, for example, connected to a second gas pressure sensor flowing in the intake pipe. The control device is thus capable of calculating a control instruction relative to an overfeeding deficit of the internal combustion engine.
Selon une caractéristique de réalisation de l’invention, le dispositif de commande comprend au moins des moyens de calcul d’une instruction de commande du compresseur électrique de suralimentation, des moyens de stockage de données et des moyens de traitement des informations reçues. Selon une caractéristique de réalisation de l’invention, un échangeur interne est agencé sur la conduite d’admission de gaz, entre le turbocompresseur et le compresseur électrique de suralimentation. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour augmenter l’efficacité du compresseur électrique de suralimentation.According to an embodiment characteristic of the invention, the control device comprises at least means for calculating a control instruction for the electric supercharging compressor, data storage means and means for processing the information received. According to an embodiment characteristic of the invention, an internal exchanger is arranged on the gas intake pipe, between the turbocharger and the electric supercharging compressor. This embodiment is particularly advantageous for increasing the efficiency of the electric supercharging compressor.
Selon une caractéristique de réalisation de l’invention, le dispositif de réglage de la pression est ménagé dans ou au voisinage direct de la turbine.According to an embodiment characteristic of the invention, the pressure adjustment device is provided in or in the immediate vicinity of the turbine.
Par « ménagé au voisinage direct de la turbine », on comprend que le dispositif de réglage de la pression est ménagé au plus proche de la turbine, en amont de celle-ci et notamment sur la conduite d’échappement, entre le bloc moteur et la turbine. Le dispositif de réglage de la pression peut être dans ce contexte une soupape de décharge, et le dispositif de commande peut notamment dans ce cas être apte à ouvrir partiellement, de préférence totalement, le dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur.By "arranged in the direct vicinity of the turbine", it is understood that the pressure adjustment device is arranged as close as possible to the turbine, upstream of the latter and in particular on the exhaust pipe, between the engine block and the turbine. The pressure adjustment device may in this context be a relief valve, and the control device may in particular in this case be able to partially, preferably completely open, the pressure adjustment device upstream of the turbine of the turbocharger.
Par « ménagé dans la turbine », on comprend que le dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur est intégré dans la turbine. Plus particulièrement, la turbine du turbocompresseur comporte un carter, ou volute, à l’intérieur duquel est disposée une roue de turbine susceptible d’entraîner un arbre commun agencé entre la turbine et le compresseur du turbocompresseur. On dit du dispositif de réglage de la pression qu’il est ménagé dans la turbine lorsqu’il est agencé dans le carter pour agir sur l’air entrant dans la turbine en direction de la roue de turbine. Dans ce contexte, le dispositif de réglage de la pression peut consister en une turbine à géométrie variable, comportant des moyens de guidage des gaz vers la roue de la turbine, et le dispositif de commande peut être apte à régler l’orientation des moyens de guidage des gaz pour modifier la pression en amont de la turbine pour un débit donné.By “arranged in the turbine”, it is understood that the device for adjusting the pressure upstream of the turbine of the turbocharger is integrated in the turbine. More particularly, the turbine of the turbocharger comprises a casing, or volute, inside which is arranged a turbine wheel capable of driving a common shaft arranged between the turbine and the compressor of the turbocharger. The pressure adjustment device is said to be formed in the turbine when it is arranged in the casing to act on the air entering the turbine in the direction of the turbine wheel. In this context, the pressure adjustment device may consist of a turbine with variable geometry, comprising means for guiding the gases towards the turbine wheel, and the control device may be able to adjust the orientation of the means of gas guidance to modify the pressure upstream of the turbine for a given flow rate.
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Of course, the characteristics, the variants and the various embodiments of the invention can be associated with one another, according to various combinations, insofar as they are not incompatible or mutually exclusive of each other.
L’invention a aussi trait à un véhicule automobile comprenant un ensemble moteur tel qu’évoqué ci-dessus. Plus particulièrement, l’ensemble moteur tel qu’évoque ci-dessus est utilisé sur un véhicule automobile hybride, c’est-à-dire comportant un système hybride de récupération d’énergie cinétique. Notamment, un véhicule hybride comporte une machine électrique reliée en permanence au moteur thermique, et l’ensemble moteur permet, tel que cela a pu être précisé précédemment, d’améliorer le temps de réponse et l’agrément du véhicule, sans pour autant pénaliser la récupération d’énergie cinétique dans un véhicule hybride.The invention also relates to a motor vehicle comprising an engine assembly as mentioned above. More particularly, the engine assembly as mentioned above is used on a hybrid motor vehicle, that is to say comprising a hybrid kinetic energy recovery system. In particular, a hybrid vehicle comprises an electric machine permanently connected to the internal combustion engine, and the engine assembly makes it possible, as has been specified above, to improve the response time and the approval of the vehicle, without however penalizing recovery of kinetic energy in a hybrid vehicle.
L’invention concerne aussi un procédé de pilotage d’un ensemble moteur tel que décrit ci-dessus, mettant en œuvre les étapes suivantes :The invention also relates to a method for controlling an engine assembly as described above, implementing the following steps:
une première étape de surveillance des demandes d’accélération et de décélération du véhicule équipé de cet ensemble moteur ;a first step of monitoring the acceleration and deceleration requests of the vehicle equipped with this engine assembly;
une deuxième étape de commande du fonctionnement du dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur lorsque le véhicule est en phase de décélération ;a second step of controlling the operation of the device for adjusting the pressure upstream of the turbine of the turbocharger when the vehicle is in the deceleration phase;
une troisième étape de surveillance d’une demande d’accélération du véhicule faisant suite à la commande de fonctionnement du dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur ;a third step of monitoring a request for acceleration of the vehicle following the operation command of the pressure adjustment device upstream of the turbocharger turbine;
une quatrième étape de contrôle de la suralimentation du moteur à combustion interne lorsqu’une accélération est détectée dans ladite troisième étape de surveillance ;a fourth step of controlling the supercharging of the internal combustion engine when an acceleration is detected in said third monitoring step;
et une cinquième étape de mise en route du compresseur électrique de suralimentation, lorsque le moteur à combustion interne est en déficit de suralimentation.and a fifth step of starting the electric supercharging compressor, when the internal combustion engine is in deficit of supercharging.
La deuxième étape de commande du fonctionnement du dispositif de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur peut être accompagnée d’une étape supplémentaire de récupération de l’énergie cinétique du véhicule par l’intermédiaire, par exemple, d’une machine électrique réversible.The second step of controlling the operation of the pressure adjustment device upstream of the turbocharger turbine can be accompanied by an additional step of recovering the kinetic energy of the vehicle by, for example, a machine. reversible electric.
La cinquième étape de mise en route du compresseur électrique de suralimentation peut être effectuée uniquement lorsque la pression des gaz s’écoulant dans la conduite d’admission de l’ensemble moteur est inférieure ou égale à une valeur seuil. Bien entendu, la valeur seuil varie en fonction des caractéristiques de l’ensemble moteur, et le cas échéant des conditions de fonctionnement du véhicule.The fifth step of starting the electric supercharging compressor can be carried out only when the pressure of the gases flowing in the intake pipe of the engine assembly is less than or equal to a threshold value. Of course, the threshold value varies as a function of the characteristics of the engine assembly, and where appropriate of the operating conditions of the vehicle.
Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture ci-dessous de la description détaillée d’exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés suivants :The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the detailed description of nonlimiting examples below, with reference to the following appended drawings:
la figure 1 est une vue schématique d’un ensemble moteur selon l’invention ;Figure 1 is a schematic view of an engine assembly according to the invention;
la figure 2 est un diagramme des différentes étapes mises en œuvre par un procédé de pilotage d’un ensemble moteur selon l’invention.FIG. 2 is a diagram of the different steps implemented by a method for controlling an engine assembly according to the invention.
Pour rappel, l’invention propose un ensemble moteur comprenant au moins un turbocompresseur équipé d’un système de réglage de la pression et un compresseur électrique de suralimentation, dans lequel le compresseur électrique de suralimentation est piloté en fonction de l’activation préalable du système de réglage de la pression lors d’une décélération du véhicule et d’une demande de réaccélération, notamment pour diminuer le temps de réponse du moteur lors de cette réaccélération.As a reminder, the invention provides an engine assembly comprising at least one turbocharger equipped with a pressure adjustment system and an electric supercharging compressor, in which the electric supercharging compressor is controlled as a function of the prior activation of the system. pressure adjustment during a deceleration of the vehicle and a request for re-acceleration, in particular to reduce the response time of the engine during this re-acceleration.
La figure 1 illustre un premier exemple de réalisation de l’invention, d’un ensemble moteur 1 d’un moteur à combustion interne 2. Le moteur à combustion interne comporte un bloc-moteur 4 définissant des chambres de combustion pourvues de pistons qui entraînent en rotation un arbre de sortie 6. Les chambres de combustion du bloc-moteur 4 sont raccordées via un répartiteur d’admission 8 à une conduite d'admission 10 de gaz, et notamment d'air ambiant, et via un collecteur d’échappement 12 à une conduite d'échappement 14 des gaz brûlés lors de la combustion, ou gaz d’échappement.FIG. 1 illustrates a first exemplary embodiment of the invention, of an engine assembly 1 of an internal combustion engine 2. The internal combustion engine comprises an engine block 4 defining combustion chambers provided with pistons which drive in rotation an output shaft 6. The combustion chambers of the engine block 4 are connected via an inlet distributor 8 to an inlet pipe 10 for gas, and in particular ambient air, and via an exhaust manifold 12 to an exhaust pipe 14 of the gases burned during combustion, or exhaust gases.
Tel qu’évoqué précédemment, l’ensemble moteur 1 selon l’invention comprend un turbocompresseur 16 formé par la coopération d’un compresseur 18, disposé sur la conduite d'admission 10, et d’une turbine 20, placée sur la conduite d'échappement 14 de manière à récupérer une partie de l'énergie des gaz d'échappement et entraîner en rotation le compresseur 18. Notamment, le compresseur 18 et la turbine 20 peuvent être montés sur un arbre commun 22.As mentioned above, the engine assembly 1 according to the invention comprises a turbocharger 16 formed by the cooperation of a compressor 18, arranged on the intake pipe 10, and a turbine 20, placed on the pipe d exhaust 14 so as to recover part of the energy of the exhaust gases and drive the compressor 18 in rotation. In particular, the compressor 18 and the turbine 20 can be mounted on a common shaft 22.
Dans l’exemple illustré par la figure 1, un échangeur thermique 24 est agencé sur la conduite d’admission 10, entre le compresseur 18 et le bloc-moteur 4, afin de refroidir la température des gaz d’admission et d’augmenter la densité de ceux-ci.In the example illustrated in FIG. 1, a heat exchanger 24 is arranged on the intake pipe 10, between the compressor 18 and the engine block 4, in order to cool the temperature of the intake gases and increase the density of these.
Selon l’invention, l’ensemble moteur 1 comporte un compresseur électrique 26 de suralimentation, agencé sur la conduite d’admission 10 de gaz, ici entre l’échangeur interne 24 et le bloc-moteur 4. Le compresseur électrique 26 de suralimentation est configuré pour élever la pression des gaz d’admission. A titre d’exemple, le compresseur électrique 26 peut consister en un compresseur à roue et comporter une machine électrique 28 configurée pour entraîner en rotation une roue de compresseur agencée dans la conduite d’admission 10. On comprend que dans cet exemple de réalisation, le pilotage de la machine électrique 28 permet la mise en rotation de la roue à l’intérieur de la conduite d’admission 10 et la compression en conséquence des gaz circulant dans la conduite d’admission 10 avant leur admission dans le bloc-moteur 4. Bien entendu, d’autres types de compresseurs peuvent être mis en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors qu’une machine électrique est configurée pour actionner et piloter le fonctionnement du compresseur.According to the invention, the engine assembly 1 comprises an electric supercharging compressor 26, arranged on the gas intake pipe 10, here between the internal exchanger 24 and the engine block 4. The electric supercharging compressor 26 is configured to raise the intake gas pressure. By way of example, the electric compressor 26 can consist of a wheel compressor and include an electric machine 28 configured to rotate a compressor wheel arranged in the intake pipe 10. It is understood that in this exemplary embodiment, the control of the electric machine 28 allows the rotation of the wheel inside the intake pipe 10 and the compression accordingly of the gases flowing in the intake pipe 10 before their admission into the engine block 4 Of course, other types of compressors can be implemented without departing from the context of the invention, as soon as an electric machine is configured to actuate and control the operation of the compressor.
L’ensemble moteur comprend un système de commande 30 configuré pour piloter le fonctionnement de la machine électrique 28. A cet effet, le système de commande 30 comporte au moins des moyens de traitement 33 d’informations reçues, des moyens de stockage 38 de valeurs seuils de fonctionnement et des moyens de calcul 36 d’une instruction de commande de la machine électrique, notamment la mise en œuvre d’un taux de compression défini par l’intermédiaire de la machine électrique 28.The engine assembly comprises a control system 30 configured to control the operation of the electric machine 28. For this purpose, the control system 30 comprises at least means 33 for processing received information, means 38 for storing values operating thresholds and calculation means 36 of an instruction for controlling the electric machine, in particular the implementation of a compression ratio defined by means of the electric machine 28.
Notamment, le système de commande 30 est configuré pour recevoir des informations relatives à des accélérations ou à des décélérations du véhicule automobile. Selon le présent exemple, de telles informations sont récupérées par l’intermédiaire d’un premier capteur 32 permettant de détecter lorsque le moteur à combustion interne 2 est alimenté ou non en carburant, étant entendu que d’autres types de détection pourraient être utilisés, comme la détection d’enfoncement ou de relâchement de la pédale d’accélérateur du véhicule.In particular, the control system 30 is configured to receive information relating to acceleration or deceleration of the motor vehicle. According to the present example, such information is recovered via a first sensor 32 making it possible to detect when the internal combustion engine 2 is supplied with fuel or not, it being understood that other types of detection could be used, such as detecting that the vehicle's accelerator pedal is depressed or released.
Par ailleurs, le système de commande 30 est configuré pour recevoir également des informations via un deuxième capteur 34 permettant de mesurer la pression des gaz d’admission en aval du turbocompresseur 16. De préférence, le deuxième capteur 34 est un capteur de pression présent dans la conduite d’admission 10 entre le turbocompresseur et le bloc-moteur 4, ici en amont de l’échangeur thermique 24 sans que cela soit limitatif de l’invention, ce deuxième capteur pouvant notamment être avantageusement placé en aval du compresseur électrique 26 de suralimentation.Furthermore, the control system 30 is configured to also receive information via a second sensor 34 making it possible to measure the pressure of the intake gases downstream of the turbocharger 16. Preferably, the second sensor 34 is a pressure sensor present in the intake pipe 10 between the turbocharger and the engine block 4, here upstream of the heat exchanger 24 without this being limiting of the invention, this second sensor being able in particular to be advantageously placed downstream of the electric compressor 26 of overeating.
Les mesures réalisées par le premier et le deuxième capteur sont transmises en temps réel au système de commande 30 afin d’être traitées. Les valeurs résultant de ces traitements sont comparées à des valeurs seuils stockées à cet effet dans les moyens de stockage 38 et les moyens de calcul en déduisent en temps réel une instruction de commande d’au moins la machine électrique 28 du compresseur électrique 26 de suralimentation.The measurements made by the first and second sensors are transmitted in real time to the control system 30 in order to be processed. The values resulting from these treatments are compared with threshold values stored for this purpose in the storage means 38 and the calculation means deduce therefrom in real time an instruction to control at least the electric machine 28 of the electric supercharging compressor 26 .
Selon une caractéristique de l’invention, le turbocompresseur 16 comporte un dispositif de réglage de la pression 200 ménagé dans ou au voisinage direct de la turbine 20 de ce turbocompresseur. Ce dispositif de réglage 200 de la pression, et plus particulièrement de réglage de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur, est configuré pour communiquer avec un module de contrôle 40 de manière à contrôler le fonctionnement du dispositif de réglage de la pression 200 et donc le passage des gaz d’échappement à travers la turbine.According to a characteristic of the invention, the turbocharger 16 comprises a pressure adjustment device 200 formed in or in the immediate vicinity of the turbine 20 of this turbocharger. This pressure adjustment device 200, and more particularly for adjusting the pressure upstream of the turbocharger turbine, is configured to communicate with a control module 40 so as to control the operation of the pressure adjustment device 200 and therefore the passage of exhaust gases through the turbine.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de réglage de la pression 200 est agencé dans la turbine, mais on comprendra que selon la configuration du dispositif de réglage de la pression, celui-ci pourrait être, sans sortir du contexte de l’invention, agencé au voisinage direct de la turbine, à savoir sur la conduite d’échappement 14 en amont de la turbine, entre le blocmoteur et la turbine.In the example illustrated, the pressure adjustment device 200 is arranged in the turbine, but it will be understood that depending on the configuration of the pressure adjustment device, this could be, without departing from the context of the invention, arranged in the direct vicinity of the turbine, namely on the exhaust pipe 14 upstream of the turbine, between the engine block and the turbine.
La turbine 20 comporte un carter à l’intérieur duquel une roue de turbine est agencée libre en rotation, cette roue étant rendue solidaire de l’arbre commun 22. Le dispositif de réglage de la pression est disposé dans le carter de la turbine, sur le passage des gaz d’échappement entrant dans la turbine et aptes à entraîner en rotation la roue de turbine.The turbine 20 comprises a casing inside which a turbine wheel is arranged to rotate freely, this wheel being made integral with the common shaft 22. The pressure adjustment device is disposed in the turbine casing, on the passage of the exhaust gases entering the turbine and capable of driving the turbine wheel in rotation.
Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de réglage de la pression 200 consiste en une soupape de décharge (connue également sous sa dénomination anglaise « wastegate », WG), permettant de limiter la pression des gaz amenés à alimenter la turbine 20. La soupape de décharge peut comprendre un servomoteur, ou des actionneurs pneumatiques par exemple, non représenté(s) et apte(s) à communiquer avec le module de contrôle 40 associé, afin de contrôler en temps réel le débit de gaz s’écoulant à travers ladite soupape et donc le débit de gaz s’écoulant dans la turbine. Le contrôle de fonctionnement du dispositif consiste ici en le contrôle de l’ouverture et de la fermeture de la soupape de décharge.According to a first embodiment, the pressure adjustment device 200 consists of a relief valve (also known by its English name “wastegate”, WG), making it possible to limit the pressure of the gases brought to feed the turbine 20. The relief valve may comprise a servomotor, or pneumatic actuators for example, not shown and capable of communicating with the associated control module 40, in order to control in real time the flow of gas flowing through said valve and therefore the flow of gas flowing in the turbine. The functional check of the device here consists of checking the opening and closing of the relief valve.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, le dispositif de réglage de la pression consiste en un aménagement de turbine 20 du turbocompresseur en une turbine à géométrie variable permettant d’empêcber un emballement du turbocompresseur en limitant la vitesse de rotation du turbocompresseur en jouant sur la l’orientation et/ou position de moyens de guidage des gaz à l’intérieur de la turbine. En d’autres termes, dans ce mode de réalisation, la turbine à géométrie variable joue à la fois le rôle de turbine et de dispositif de réglage de la pression pour le turbocompresseur 16. De façon similaire à ce qui précède, la turbine à géométrie variable comprend un servomoteur non représenté, et apte à communiquer avec le module de contrôle 40 associé, afin de contrôler en temps réel la pression en amont de la turbine à géométrie variable. Le contrôle de fonctionnement du dispositif consiste ici en le contrôle de l’orientation des moyens de guidage des gaz dans la turbine.According to a second embodiment of the invention, the pressure adjustment device consists of an arrangement of the turbine 20 of the turbocharger into a turbine with variable geometry making it possible to prevent runaway of the turbocharger by limiting the speed of rotation of the turbocharger by playing on the orientation and / or position of the means for guiding the gases inside the turbine. In other words, in this embodiment, the variable geometry turbine acts both as a turbine and as a pressure adjustment device for the turbocharger 16. In a similar manner to the above, the geometry turbine variable comprises a servomotor not shown, and capable of communicating with the associated control module 40, in order to control in real time the pressure upstream of the variable geometry turbine. The operation control of the device here consists of controlling the orientation of the means for guiding the gases in the turbine.
Tel qu’illustré sur la figure 1, le module de contrôle 40 et le dispositif de commande 30 comportent respectivement des moyens de communication configurés pour qu’au moins l’information relative au fonctionnement du dispositif de réglage de la pression soit transmise au dispositif de commande. Dans une variante non représentée, le module de contrôle du dispositif de réglage de la pression est intégré dans le dispositif de commande 30, alors configuré pour piloter à la fois le fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation et le dispositif de réglage de la pression.As illustrated in FIG. 1, the control module 40 and the control device 30 respectively comprise communication means configured so that at least the information relating to the operation of the pressure adjustment device is transmitted to the ordered. In a variant not shown, the control module of the pressure adjustment device is integrated into the control device 30, then configured to control both the operation of the electric supercharging compressor and the pressure adjustment device.
Quelle que soit la configuration mise en œuvre, le dispositif de commande est configuré pour commander le compresseur électrique de suralimentation, et le cas échéant le dispositif de réglage de pression, cette commande pouvant dépendre principalement d’un déficit de suralimentation. Plus particulièrement le dispositif de commande peut donner ces instructions de commande en fonction d’une première information relative au fonctionnement de ce dispositif de réglage de pression dans le cas d’une décélération du véhicule et en fonction d’une deuxième information ultérieure relative à un déficit de suralimentation en gaz d’admission du moteur dans le cas d’une réaccélération du véhicule.Whatever the configuration used, the control device is configured to control the electric supercharging compressor, and if necessary the pressure adjustment device, this command being able to depend mainly on a supercharging deficit. More particularly, the control device can give these control instructions as a function of first information relating to the operation of this pressure adjustment device in the event of a deceleration of the vehicle and as a function of second subsequent information relating to a engine intake gas supercharging deficit in the event of vehicle re-acceleration.
L’invention propose d’utiliser le compresseur électrique 26 de suralimentation tel que décrit ci-dessus, notamment selon un procédé de pilotage 50 qui va être maintenant décrit, en référence à la figure 2. Le procédé de pilotage 50 peut notamment être mis en œuvre par le dispositif de commande 30, ses moyens de calcul 36 et ses moyens de stockage de données 38.The invention proposes to use the electric supercharging compressor 26 as described above, in particular according to a control method 50 which will now be described, with reference to FIG. 2. The control method 50 can in particular be implemented operated by the control device 30, its calculation means 36 and its data storage means 38.
Dans la description du procédé de pilotage qui va suivre, le dispositif de commande 30 est configuré pour piloter à la fois le compresseur électrique de suralimentation et le dispositif de réglage de la pression associé à la turbine du turbocompresseur. On comprend évidemment que le procédé serait équivalent avec une configuration des moyens de commande et de contrôle différente.In the description of the control method which follows, the control device 30 is configured to control both the electric supercharging compressor and the pressure adjustment device associated with the turbine of the turbocharger. It is obviously understood that the process would be equivalent with a different configuration of the command and control means.
Le procédé de pilotage 50 est activé dès que le moteur à combustion interne 2 est mis en marche, et il débute par une première étape 51 de surveillance des commandes d’accélération et de décélération du véhicule. Dans ce qui va suivre, on prendra pour exemple non limitatif, afin de déterminer l’état des commandes d’accélération et/ou de décélération du véhicule, la surveillance de l’alimentation en carburant du moteur à combustion interne 2 par l’intermédiaire du premier capteur 32. Les informations en provenance de ce premier capteur 32 sont reçues et traitées par les moyens de traitement 33 qui comparent les valeurs à des valeurs seuils stockées dans les moyens de stockage 38. Lorsqu’il en résulte une information selon laquelle le moteur est alimenté en carburant (situation O), le procédé de pilotage reproduit cette première étape 51 de façon cyclique. À l’inverse, lorsque le dispositif de commande 30 détecte que le moteur n’est plus alimenté en carburant (situation N), le procédé de pilotage 50 commande, selon une deuxième étape 52, le fonctionnement du dispositif de réglage de la pression, et par exemple l’ouverture de la soupape de décharge, afin de limiter la pression à l’échappement. Dans un véhicule hybride, la décélération du véhicule génère une étape supplémentaire 52’ de récupération d’énergie cinétique du véhicule au niveau d’une machine électrique réversible rendue solidaire de l’arbre de sortie 6 ici par l’intermédiaire d’une courroie et formant un système hybride de récupération d’énergie cinétique du véhicule 60. Cette étape supplémentaire 52’ peut notamment être réalisée simultanément à la deuxième étape 52.The control method 50 is activated as soon as the internal combustion engine 2 is started, and it begins with a first step 51 of monitoring the acceleration and deceleration commands of the vehicle. In what follows, a non-limiting example will be used, in order to determine the state of the vehicle acceleration and / or deceleration commands, monitoring the fuel supply of the internal combustion engine 2 via of the first sensor 32. The information from this first sensor 32 is received and processed by the processing means 33 which compare the values with threshold values stored in the storage means 38. When this results in information according to which the engine is supplied with fuel (situation O), the piloting process reproduces this first step 51 cyclically. Conversely, when the control device 30 detects that the engine is no longer supplied with fuel (situation N), the control method 50 controls, according to a second step 52, the operation of the pressure adjustment device, and for example the opening of the relief valve, in order to limit the pressure at the exhaust. In a hybrid vehicle, the deceleration of the vehicle generates an additional step 52 ′ of recovering kinetic energy from the vehicle at the level of a reversible electric machine made integral with the output shaft 6 here by means of a belt and forming a hybrid kinetic energy recovery system of the vehicle 60. This additional step 52 ′ can in particular be carried out simultaneously with the second step 52.
Le procédé entre alors dans une troisième étape 53 au cours de laquelle on surveille si une commande de réaccélération fait suite à l’état de décélération détecté dans la première étape. A cet effet, comme précédemment décrit, on surveille l’alimentation en carburant du moteur à combustion interne 2 par l’intermédiaire du premier capteur 32. Si la différence d’alimentation sur un laps de temps donné dépasse une valeur seuil stockée dans les moyens de stockage, il est estimé qu’une réaccélération du véhicule est souhaitée et le procédé passe à la quatrième étape 54. Dans le cas contraire, la troisième étape de surveillance continue. La quatrième étape 54 est une étape de contrôle de la suralimentation du moteur, qui doit accompagner toute demande de réaccélération dans un moteur turbocompressé. Au cours de cette quatrième étape, on compare en temps réel les valeurs P de pression mesurées par le deuxième capteur 34 avec au moins une valeur seuil S enregistrée dans les moyens de stockage 38. Dans le cas où les valeurs P mesurées sont supérieures à la valeur seuil S ou égales à cette valeur seuil S, le procédé de pilotage 50 revient à la première étape 51 de surveillance précédemment décrite. À l’inverse, lorsque la valeur P mesurée est inférieure à la valeur seuil S, le procédé de pilotage commande selon une cinquième étape 55 la mise en route du compresseur électrique 26 de suralimentation pour élever la pression des gaz d’admission à l’entrée du bloc-moteur 4 et compenser le retard à la suralimentation généré par l’arrêt et le redémarrage du turbocompresseur. Le compresseur électrique mis en œuvre dans cette cinquième étape est laissé actif aussi longtemps que nécessaire pour s’assurer que le moteur à combustion interne 2 est correctement suralimenté en gaz pour donner au conducteur l’effet de reprise à la réaccélération souhaité pour un véhicule équipé d’un turbocompresseur. De manière régulière, la quatrième étape 54 de contrôle de la suralimentation est réitérée, et lorsque la pression des gaz d’admission atteint la valeur seuil S, le dispositif de commande arrête le compresseur électrique 26.The method then enters a third step 53 during which it is monitored whether a re-acceleration command follows the deceleration state detected in the first step. To this end, as previously described, the fuel supply to the internal combustion engine 2 is monitored by means of the first sensor 32. If the supply difference over a given period of time exceeds a threshold value stored in the means storage, it is estimated that a re-acceleration of the vehicle is desired and the method proceeds to the fourth step 54. Otherwise, the third monitoring step continues. The fourth step 54 is a step of controlling the engine supercharging, which must accompany any request for re-acceleration in a turbocharged engine. During this fourth step, the pressure P values measured by the second sensor 34 are compared in real time with at least one threshold value S recorded in the storage means 38. In the case where the measured P values are greater than the threshold value S or equal to this threshold value S, the control method 50 returns to the first monitoring step 51 described above. Conversely, when the measured value P is less than the threshold value S, the control method controls in a fifth step 55 the start-up of the electric supercharging compressor 26 to raise the pressure of the intake gases to the input of engine block 4 and compensate for the delay in supercharging generated by the stopping and restarting of the turbocharger. The electric compressor implemented in this fifth step is left active as long as necessary to ensure that the internal combustion engine 2 is correctly supercharged with gas to give the driver the recovery to re-acceleration effect desired for a vehicle equipped of a turbocharger. The fourth step 54 of checking the supercharging is regularly repeated, and when the pressure of the intake gases reaches the threshold value S, the control device stops the electric compressor 26.
Telle qu’elle vient d’être décrite, l’invention répond aux objectifs qu’elle s’est fixés, notamment en permettant d’améliorer le temps de réponse à la réaccélération, en proposant un artifice apte à suppléer le turbocompresseur lors de sa relance et qui ne soit pas pénalisant dans les cas d’application de véhicule hybride en ce qui concerne la récupération d’énergie cinétique du véhicule. L’invention est ainsi très avantageuse par rapport à une solution alternative qui consisterait à augmenter le couple sur l’arbre de sortie du moteur à combustion interne 2 par l’intermédiaire d’une machine électrique liée en rotation à l’arbre de sortie du moteur à combustion interne 2, qui devrait développer une plus grande puissance que la machine électrique associée au fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation utilisés dans l’invention. La consommation électrique nécessaire est ainsi moindre dans le procédé et le système selon l’invention, les inventeurs ayant pu calculer que la puissance nécessaire est de l’ordre de 5 à 10 fois moindre pour la solution proposée par l’invention par rapport à une augmentation du couple de l’arbre de sortie moteur par une machine électrique.As it has just been described, the invention meets the objectives which it has set itself, in particular by making it possible to improve the response time to re-acceleration, by proposing a device capable of supplementing the turbocharger during its recovery and which is not penalizing in the case of hybrid vehicle application with regard to the recovery of kinetic energy of the vehicle. The invention is thus very advantageous compared to an alternative solution which would consist in increasing the torque on the output shaft of the internal combustion engine 2 by means of an electric machine linked in rotation to the output shaft of the internal combustion engine 2, which should develop greater power than the electric machine associated with the operation of the electric supercharging compressor used in the invention. The electrical consumption required is thus lower in the method and the system according to the invention, the inventors having been able to calculate that the necessary power is of the order of 5 to 10 times less for the solution proposed by the invention compared to a increase of the torque of the motor output shaft by an electric machine.
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2018
- 2018-09-06 WO PCT/FR2018/052173 patent/WO2019048781A1/en active Application Filing
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