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FR2899938A1 - Moteur comportant un compresseur a ondes de pression pour une gestion simultanee du taux de recirculation de gaz d'echappement et d'une pression de suralimentation - Google Patents

Moteur comportant un compresseur a ondes de pression pour une gestion simultanee du taux de recirculation de gaz d'echappement et d'une pression de suralimentation Download PDF

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Abstract

On propose selon l'invention un moteur de véhicule comportant un compresseur à ondes de pression (2) apte à être traversé par un gaz d'échappement recirculé (20), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un compresseur volumétrique (3) apte à alimenter en air le compresseur à ondes de pression (2)Ce moteur permet notamment de mettre en oeuvre un procédé de l'invention selon lequel on régule le taux de recirculation (EGR) d'un gaz d'échappement (20) en contrôlant un compresseur à ondes de pression (2) traversé par le gaz (20), et on régule une pression de suralimentation du moteur en contrôlant un compresseur volumétrique (3) alimentant en air (50) le compresseur à ondes de pression (2).

Description

L'invention concerne les moteurs, en particulier pour véhicule. Elle
concerne plus précisément les moteurs comprenant un système de suralimentation et un système EGR de gestion de gaz dits de recirculation (EGR étant l'acronyme pour Exhaust Gaz Recirculation en langue anglosaxonne). Le système de suralimentation comporte généralement un organe apte à compresser un gaz avant qu'il n'entre dans un collecteur d'admission du moteur puis dans une chambre de combustion. En tant qu'organe de ce type, on connaît par exemple les compresseurs 10 à ondes de pression PWS. Un tel compresseur PWS est un dispositif comportant typiquement un rotor formé par une ou plusieurs couches de canaux, constituée(s) par exemple par des tubes. Le rotor est en communication, notamment par des lumières, avec un 15 collecteur d'échappement et le collecteur d'admission du moteur. Une différence de pression entre des gaz de combustion présents à l'échappement et à l'admission est apte à provoquer urne onde de choc à l'intérieur de chacun des tubes du rotor. Un phasage adapté de l'ouverture/fermeture des :lumières du rotor 20 permet alors d'assurer une suralimentation adéquate du moteur. Bien qu'ayant rendu de nombreux services, ce type de compresseur a longtemps été délaissé au profit notamment des turbocompresseurs que l'on connaît aujourd'hui. Une raison est qu'à l'époque les compresseurs à ondes de pression 25 rendaient les moteurs peu adaptés pour répondre aux exigences en matière de pollution imposées aux constructeurs.
En particulier, ces contraintes antipollution conduisaient à régler les moteurs avec de faibles taux EGR, alors que les compresseurs à ondes de pression étaient, et sont encore connus pour constituer des dispositifs qui contribuent au contraire à augmenter ce taux.
C'est ainsi que l'utilisation d'un turbocompresseur s'est largement répandue. Classiquement, ces turbocompresseurs sont pourvus d'une turbine située dans un flux de gaz d'échappement du moteur pour obtenir une certaine énergie.
La turbine entraîne alors, au travers d'un axe, un compresseur qui aspire de l'air, le compresse, et l'injecte dans le collecteur d'admission puis dans une chambre de combustion. La puissance du moteur, et en quelque sorte l'agrément moteur, sont ainsi améliorés.
Toutefois, un problème lié à l'utilisation des turbocompresseurs est que les performances du moteur ne sont généralement meilleures que pour des conditions limitées de fonctionnement du moteur, par exemple à hauts régimes uniquement. On connaît des solutions pour pallier à cet inconvénient.
A titre d'exemple, on peut utiliser une turbine dont l'inclinaison d'ailettes est pilotée en fonction du régime moteur. Le gain apporté par le turbocompresseur est alors amélioré à bas régime, mais dans une certaine mesure seulement. En effet, les conditions de fonctionnement de ce turbocompresseur, et 25 de manière plus générale d'un turbocompresseur quel qu'il soit, sont néanmoins encore contraintes par les normes antipollution.
3 En particulier, ces nouvelles normes conduisent maintenant à vouloir réaliser des moteurs à taux EGR plus fort. Et, l'optimisation du moteur pour obtenir conjointement un tel taux EGR ainsi qu'un haut rendement du turbocompresseur demeure délicate.
Un but de l'invention est de s'affranchir des ces inconvénients. En particulier l'invention vise à fournir un moteur dont les performances en termes d'agrément moteur sont améliorées tout en respectant les normes de pollution. Ainsi, un but de l'invention est d'améliorer simultanément la régulation 10 de la recirculation des gaz d'échappement et la régulation de la pression de suralimentation. En particulier, l'invention a pour but de contrôler le taux EGR et la pression de suralimentation, à la fois, de façon efficace et simplifiée. A cet effet, on propose selon l'invention un moteur, comportant un 15 compresseur à ondes de pression apte à être traversé par un gaz d'échappement recirculé, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un compresseur volumétrique apte à alimenter en air le compresseur à ondes de pression. Ainsi, afin d'atteindre les buts de l'invention, on propose d'utiliser de 20 manière appropriée un compresseur à ondes de pression avec un compresseur volumétrique. Un avantage d'une telle combinaison, est que le compresseur à ondes de pression contribuant à la recirculation des gaz d'échappement, permet un contrôle efficace et simple du taux EGR. 25 Il peut en outre contrôler la suralimentation du moteur.
Toutefois, ce contrôle est avantageusement assuré par le compresseur volumétrique qui, de part l'alimentation en air dans le compresseur à ondes de pression, peut modifier efficacement et simplement la quantité d'air admise dans le collecteur d'admission puis dans les cylindres du moteur.
Ainsi, la combinaison des deux compresseurs précités permet un contrôle quasi-indépendant du taux EGR et de la pression de suralimentation. Il permet également une forte suralimentation et recirculation des gaz d'échappement sur une plage de fonctionnement du moteur très importante, et en particulier sur une gamme de régime moteur étendue par rapport à l'art antérieur. A cet égard, selon un aspect de l'invention,, le compresseur volumétrique peut être entraîné par un moteur électrique. De cette manière, on améliore encore les performances du moteur dans les bas régimes. Par ailleurs, d'autres aspects préférés mais non limitatifs de ce moteur sont les suivants : - le moteur comporte en outre deux moteurs électriques pour entraîner respectivement le compresseur à ondes de pression et le compresseur 20 volumétrique ; - le compresseur volumétrique est agencé pour qu'il reçoive l'air à délivrer au compresseur à ondes de pression à une pression inférieure au gaz recirculé ; - le compresseur volumétrique est disposé entre un système 25 d'admission d'air ambiant et une entrée du compresseur à ondes de pression ; - une sortie au moins du compresseur à ondes de pression est en communication avec au moins une entrée d'une ligne d'échappement du moteur ; le compresseur à ondes de pression est relié à la ligne d'échappement 5 par une double tubulure ; -une sortie au moins du compresseur à ondes de pression est en communication avec au moins une entrée d'un collecteur d'admission du moteur ; - le compresseur à ondes de pression est relié à la ou les entrées du 10 collecteur d'admission par une double tubulure. On propose en outre selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule caractérisé en ce que l'on régule le taux de recirculation d'un gaz d'échappement en contrôlant un compresseur à ondes de pression traversé par le gaz, et on régule une pression de suralimentation du moteur 15 en contrôlant un compresseur volumétrique alimentant en air le compresseur à ondes de pression. Selon un aspect préféré mais non limitatif de ce procédé, on contrôle le fonctionnement des compresseurs volumétriques et à ondes de pression en commandant deux moteurs électriques correspondants. 20 D'autres aspects, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante faite conjointement avec la figure 1 montrant schématiquement un moteur agencé selon un mode de réalisation préféré de l'invention. En se référant à cette figure, le moteur réalisé selon le mode de 25 réalisation de l'invention comporte un bloc moteur 1, connu en soi, comprenant notamment un collecteur d'admission 10, d'échappement 11 et une chambre de combustion 12. Le moteur comporte en outre un compresseur PWS à ondes de pression 2 et un compresseur volumétrique 3.
Le compresseur PWS 2 se trouve dans une boucle B de recirculation de gaz d'échappement 30. Cette boucle est notamment formée par des conduites 20 et 40, la conduite 40 ayant dans ce mode de réalisation la spécificité d'être du type à double tubulure.
Plus précisément, une entrée 23 du compresseur PWS 2 est reliée au collecteur d'échappement 11 par la conduite 20, et une sortie 24 de ce compresseur est reliée au collecteur d'admission par la conduite 40. Par ailleurs, le compresseur PWS 2 possède encore au moins une autre entrée 22 et au moins une autre sortie 25.
Cette sortie 25 est reliée à une ligne d'échappement 6 par l'intermédiaire d'une conduite 61 du type, dans cet exemple de réalisation, à double tubulure. Et, l'entrée 22 est reliée à une sortie du compresseur volumétrique 3 par l'intermédiaire d'une conduite 63.
Par ailleurs, en entrée de ce compresseur volumétrique 3, une conduite 60 permet une amenée d'air ambiant 50. L'air ambiant 50 est donc comprimé dans le compresseur volumétrique 3, puis délivré à plus forte pression au compresseur PWS 2. On remarquera ainsi que le compresseur volumétrique 3 se trouve dans 25 un cycle basse pression tandis que le compresseur PWS 2 se trouve dans un cycle haute pression.
On entend notamment par là que la pression des gaz mis en jeu dans le compresseur PWS 2 est supérieure à celle dans le compresseur volumétrique 3. Un avantage d'un tel agencement est que l'on augmente la quantité d'air brassée par le compresseur PWS 2, ce qui, par suite, permet d'améliorer les performances de la suralimentation et du compresseur PWS 2 lui-même pour la régulation d'un taux EGR fort, notamment. Un autre avantage est que l'on dispose ainsi d'une pression suffisante dans la ligne d'échappement 6 pour installer un filtre à particules.
Tel qu'illustré encore sur la figure 1, le compresseur PWS 2 et/ou le compresseur volumétrique 3 sont entraînés par des moteurs électriques 4 et 5, respectivement. Un avantage liés à ces moteurs électriques est que l'on peut contrôler le fonctionnement de ces compresseurs 2 et 3 indépendamment de la 15 thermodynamique du moteur à combustion. Par exemple, le pilotage du compresseur volumétrique 3 par le moteur électrique 5 rend ses performances indépendantes du régime du moteur à combustion. De ce fait, on peut alimenter le compresseur PWS avec de l'air 20 hautement comprimé, même dans des régimes faibles. Il en est de même pour ce qui concerne le moteur électrique 4 entraînant le compresseur PWS 2. En particulier, ce dernier peut offrir d'excellentes performances même dans les faibles régimes du moteur à combustion.
8 Bien entendu, l'utilisation cumulée des deux moteurs électriques précités procure encore plus de flexibilité dans le procédé de commande du moteur selon l'invention. Le moteur selon le mode de réalisation, présenté ci-dessus et correspondant à un exemple non limitatif d'un mode de réalisation de l'invention, est particulièrement adapté à une mise en oeuvre du procédé selon l'invention. En particulier, selon ce procédé, on régule la suralimentation du moteur à combustion en contrôlant le fonctionnement du compresseur volumétrique 10 3. Plus précisément, on régule la suralimentation en régulant la puissance du compresseur volumétrique de sorte à réguler le débit d'air admis dans le compresseur PWS 2 et, par suite, ladite pression de suralimentation en sortie de ce dernier. 15 Par ailleurs, selon le procédé de l'invention, on régule en outre le taux EGR de recirculation des gaz d'échappement en contrôlant le fonctionnement du compresseur PWS 2. On entend par là que ce compresseur PWS 2 est destiné dans tous les cas à la mise en oeuvre de la régulation du taux EGR. 20 Toutefois, cela n'exclut pas que ce compresseur intervienne également dans ladite régulation de la pression de suralimentation. Comme on l'aura alors compris les deux compresseurs 2 et 3 sont prévus pour coopérer dans la mise en oeuvre de cette régulation. Et, naturellement, l'homme du métier saura adapter sans difficulté les 25 réglages de la commande moteur ainsi que les dimensionnements des
9 compresseurs 2 et 3 en fonction de la coopération désirée des effets produits respectifs. Dans tous les cas, selon une préférence de la demanderesse, c'est le compresseur PWS 2 qui assure exclusivement la régulation du taux EGR, tandis que la régulation de la suralimentation est assurée essentiellement par le compresseur volumétrique 3. On dispose ainsi d'une commande du moteur extrêmement simplifiée comparée à celle qui ferait intervenir par exemple un turbocompresseur. On rappelle à cet égard que le procédé de commande, et donc les performances du moteur, sont davantage améliorés en entraînant le compresseur à ondes de pression et/ou le compresseur volumétrique au moyen des moteurs électriques 4 et 5, respectivement. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins.
En particulier, selon une variante, les conduites susmentionnées peuvent être d'un type différent. Par exemple, les conduites 40 et/ou 20 peuvent être du type simple tubulure. On remarquera toutefois que les conduites à double tubulure 20 et 40 utilisées dans le mode préféré de l'invention offrent notamment l'avantage de permettre une stratification des gaz d'échappement dans le moteur, et en particulier dans ses cylindres. A cet égard, on notera que l'on peut contrôler indépendamment le taux EGR dans chacune des tubulures du compresseur PWS 2.
En d'autres termes, l'utilisation de doubles tubulures permet d'optimiser plus encore les performances du moteur dans tous les régimes 10 moteur, et ce, notamment au regard de la pression de suralimentation, du rendement de combustion et du taux EGR. Par ailleurs, selon une autre variante, on entraînera l'un ou l'autre des compresseurs PWS 2 et volumétrique 3 par une courroie du moteur.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Moteur de véhicule comportant un compresseur à ondes de pression (2) apte à être traversé par un gaz d'échappement recirculé (20), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un compresseur volumétrique (3) apte à alimenter en air le compresseur à ondes de pression (2).
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux moteurs électriques (4, 5) pour entraîner respectivement le compresseur à ondes de pression (2) et le compresseur volumétrique (3).
3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur volumétrique (3) est relié à une source d'air dont la pression est inférieure à celle du gaz recirculé.
4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur volumétrique (3) est disposé entre un système d'admission 15 d'air ambiant (50) et une entrée (22) du compresseur à ondes de pression (2).
5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une sortie (25) du compresseur à ondes de pression (2) est en communication avec au moins une entrée d'une ligne d'échappement (6) du moteur. 12
6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le compresseur à ondes de pression (2) est relié à la ligne d'échappement (6) par une conduite à double tubulure (61).
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une sortie (24) du compresseur à ondes de pression (2) est en communication avec au moins une entrée d'un collecteur d'admission (10) du moteur.
8. Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le compresseur à ondes de pression (2) est relié à la ou les entrées du collecteur d'admission 10 (10) par une conduite à double tubulure (40).
9. Procédé de commande d'un moteur de véhicule caractérisé en ce que l'on régule le taux de recirculation (EGR) d'un gaz d'échappement (20) en contrôlant un compresseur à ondes de pression (2) traversé par le gaz (20), et on régule une pression de suralimentation du moteur en contrôlant un 15 compresseur volumétrique (3) alimentant en air (50) le compresseur à ondes de pression (2).
10. Procédé de commande d'un moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on contrôle le fonctionnement des compresseurs volumétriques (3) et à ondes de pression (2) en commandant deux moteurs électriques 20 correspondants (5, 4).
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