FR3017160A1 - DEVICE FOR RECOVERING THE KINETIC ENERGY OF A TURBOCHARGED VEHICLE WHILE BRAKING IN THE FORM OF A RESERVE OF COMPRESSED AIR BY CONTROLLED OBSTRUCTION OF THE EXHAUST. - Google Patents
DEVICE FOR RECOVERING THE KINETIC ENERGY OF A TURBOCHARGED VEHICLE WHILE BRAKING IN THE FORM OF A RESERVE OF COMPRESSED AIR BY CONTROLLED OBSTRUCTION OF THE EXHAUST. Download PDFInfo
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Abstract
Le dispositif permet de récupérer l'énergie cinétique au freinage sous la forme d'une réserve d'air comprimé en convertissant le moteur thermique en compresseur. Commandé par la pédale de frein il ouvre une dérivation de l'échappement sur laquelle se trouvent une vanne obstruant l'échappement et une vanne commandant l'ouverture d'un réservoir à air comprimé. La tension des deux vannes est déterminée par un calculateur informé de la vitesse de rotation du moteur et de la pression de l'air à l'admission, elle permet l'établissement d'une surpression générant une force de freinage proportionnelle à la pression exercée sur la pédale de frein. Le dépassement cette pression provoque une libération d'air sous pression qui alimente un turbocompresseur et augmente la pression de l'air à l'admission. Le réajustement de la tension des vannes augmente la pression à l'échappement et dans le réservoir puis à nouveau la pression à l'admission grâce au turbocompresseur ce qui permet de comprimer l'air à de fortes pressions et de limiter à taille du réservoir à air comprimé. L'énergie cinétique mise en réserve est restituée au redémarrage en assurant l'alimentation en air du moteur à pression positive à bas régime soit en alimentant directement le moteur, soit indirectement en alimentant la turbine de détente du turbocompresseur.The device makes it possible to recover the kinetic energy during braking in the form of a reserve of compressed air by converting the heat engine into a compressor. Controlled by the brake pedal it opens a bypass of the exhaust on which are a valve obstructing the exhaust and a valve controlling the opening of a compressed air tank. The voltage of the two valves is determined by a computer informed of the speed of rotation of the engine and the pressure of the air at the intake, it allows the establishment of an overpressure generating a braking force proportional to the pressure exerted on the brake pedal. Exceeding this pressure causes release of pressurized air that feeds a turbocharger and increases the air pressure at the intake. The readjustment of the valve voltage increases the pressure in the exhaust and in the tank and again the intake pressure thanks to the turbocharger which compresses the air at high pressures and limit the size of the tank to pressurized air. The stored kinetic energy is restored at restart by ensuring the air supply of the positive pressure engine at low speed either by directly supplying the engine, or indirectly by feeding the turbine of the turbocharger.
Description
Depuis plusieurs années des systèmes sont développés en vue de récupérer l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage, l'énergie mise en réserve est restituée au redémarrage dans le but de réaliser des économies de carburant. Le premier système est celui du véhicule hybride dans lequel un moteur électrique est associé à un moteur thermique. Au freinage le moteur électrique est converti en générateur et charges des batteries électriques. Au redémarrage l'énergie mise en réserve est restituée par le moteur électrique. Le système est complexe. Il est difficile d'assurer une progressivité du freinage. Le moteur électrique et ses batteries représentent un surcoût et un surpoids importants. Les batteries électriques ont une durée de vie limitée. Une alternative est la récupération sous forme mécanique par un volant d'inertie. Là encore la progressivité du freinage est difficile à obtenir. Le volant d'inertie représente un surpoids pour le véhicule. Le système proposé sous la dénomination de Turbo-REC (récupération de l'énergie cinétique) permet de récupérer l'énergie cinétique au freinage sous la forme d'une réserve d'air comprimé en convertissant le moteur thermique en compresseur. Un turbocompresseur augmente la pression de l'air à l'admission du moteur, l'augmentation de la pression de l'air à l'admission permet au moteur de comprimer l'air à de fortes pressions et de limiter la taille du réservoir d'air comprimé. Le système commandé par les commandes de frein fonctionne en parallèle du frein mécanique du véhicule.For several years, systems have been developed in order to recover the kinetic energy of a vehicle under braking, the stored energy is restored at restart for the purpose of achieving fuel savings. The first system is that of the hybrid vehicle in which an electric motor is associated with a heat engine. When braking, the electric motor is converted into a generator and charges for electric batteries. At restart the energy stored is restored by the electric motor. The system is complex. It is difficult to ensure progressive braking. The electric motor and its batteries represent a significant extra cost and overweight. Electric batteries have a limited life. An alternative is the recovery in mechanical form by a flywheel. Here again the progressive braking is difficult to obtain. The flywheel is an overweight for the vehicle. The system proposed under the name of Turbo-REC (recovery of kinetic energy) makes it possible to recover the kinetic energy during braking in the form of a reserve of compressed air by converting the heat engine into a compressor. A turbocharger increases the air pressure at the engine intake, the increase in intake air pressure allows the engine to compress air at high pressures and limit the size of the fuel tank. 'pressurized air. The system controlled by the brake controls operates in parallel with the mechanical brake of the vehicle.
La détente de l'air comprimé restituera l'énergie cinétique mise en réserve au redémarrage du véhicule, l'air comprimé pourra être libéré soit à l'admission du moteur soit à l'échappement.The expansion of the compressed air will restore the kinetic energy stored at the restart of the vehicle, the compressed air can be released either at the engine intake or exhaust.
Si l'air comprimé est libéré à l'admission il assurera l'alimentation du moteur à une pression positive à bas régime, l'augmentation de régime du moteur mettra en route le turbocompresseur dont le flux d'air coupera l'alimentation du moteur en air comprimé.If the compressed air is released at the intake it will supply the engine with a positive pressure at low speed, the increase in engine speed will start the turbocharger whose air flow will cut off the engine power in compressed air.
Si l'air comprimé est libéré à l'échappement, il permettra d'augmenter la pression de l'air à l'admission à bas régime grâce au turbocompresseur. A haut régime le flux de gaz d'échappement coupera l'alimentation en l'air comprimé du turbocompresseur. Une dérivation de l'échappement permet aux gaz d'échappement de contourner le turbocompresseur quand celui-ci est alimenté par l'air comprimé. Le système utilise des éléments déjà présents dans le véhicule. Il peut être adapté à un véhicule à boîte de vitesse manuelle et sera particulièrement adapté à un véhicule à boîte automatique. Il devra répondre à une contrainte qui est la limite de compression que peut exercer le moteur. Si on obstrue totalement l'échappement d'un véhicule le moteur se comportera comme un compresseur. A chaque cycle du moteur une quantité d'air sera comprimée et une force s'opposera à l'avancée du véhicule. Cette force suivra une courbe en cloche avec une première partie ascendante et une seconde partie descendante. Cette force finira par disparaitre lorsque la pression à l'échappement atteindra le taux de compression du moteur. Le moteur se comportera alors comme un ressort et cessera de comprimer l'air. Il cessera de mettre en réserve de l'énergie cinétique et la force de freinage disparaîtra. Le même phénomène se produit quand on gonfle à l'aide d'une pompe manuelle le pneu d'une bicyclette, lorsque la pression dans le pneu a atteint le taux de compression de la pompe, la pompe se comporte comme un ressort. Les pressions à l'échappement devront se situer dans la partie ascendante de la courbe, dans cette partie ascendante la force de freinage et l'énergie cinétique mise en réserve à chaque cycle du moteur sera proportionnelle au différentiel entre la pression de l'air à l'admission du moteur et la pression de l'air à l'échappement. La force de freinage du véhicule sera proportionnelle au différentiel de pression entre l'admission et l'échappement multipliée par la vitesse de rotation du moteur selon la formule F = DV x DP / t, l'énergie cinétique mise en réserve répondra à la formule E = DV x DP (DV = volume d'air comprimé, DP = différence de pression entre l'admission et l'échappement, t = secondes) Pour permettre un freinage constant et progressif il faudra appliquer un différentiel de pression entre l'admission et l'échappement proportionnel à la pression sur la pédale de frein et inversement proportionnel à la vitesse de rotation du moteur. Le contrôle du différentiel de pression entre l'admission et l'échappement se fera par le contrôle de la pression de l'air à l'échappement. La pression de l'air à l'échappement sera contrôlée par un calculateur qui sera informé de la pression de l'air à l'admission, de la vitesse de rotation du moteur et de la pression exercée sur le frein. Une mesure par un capteur de la pression de l'air à l'échappement permettra au calculateur de vérifier la bonne marche du système. La pression de l'air à l'échappement déterminée par le calculateur sera un multiple de la pression de l'air à l'admission. Le facteur multiplicateur de la pression à l'admission sera situé entre la valeur 1 (absence de freinage) et un facteur multiplicateur limite. Le facteur multiplicateur limite de la pression à l'admission sera le point d'inflexion où la force de freinage commencerait à diminuer si on augmentait la pression à l'échappement, il sera inférieur au taux de compression du moteur, il sera propre au moteur et sera déterminé expérimentalement. Le contrôle de la pression de l'air à l'échappement est assuré par deux vannes situées sur une dérivation de l'échappement qui s'ouvre lors du freinage. Le dispositif est présenté sur la figure 1. 1 vanne obstruant l'échappement 2 vanne d'ouverture du réservoir d'air comprimé 3 réservoir d'air comprimé 4 dérivation de l'échappement 5 et 6 vannes d'ouverture de la dérivation de l'échappement 7 et 8 amortisseurs de pression 9 boucle reliant l'échappement à l'admission 10 et 11 vannes d'ouverture de la boucle 12 turbine de détente du turbocompresseur 13 turbine de compression du turbocompresseur 14 capteur de pression de l'admission 15 clapet d'admission d'air au début du freinage 16 ouverture secondaire d'admission d'air au freinage 17 Vanne contrôlant l'ouverture secondaire 18 clapet anti-retour de l'ouverture secondaire d'admission 19 capteur de pression de l'échappement 20 moteur thermique 21 clapet anti-retour du réservoir d'air comprimé Le calculateur commande deux vannes, une vanne obstruant l'échappement (1) et une vanne située en amont (2) commandant l'ouverture d'un réservoir à air comprimé (3). La dérivation portant les deux vannes (4) s'ouvre quand le conducteur actionne la pédale de frein, l'ouverture de la dérivation se fait par l'action de deux vannes (5 et 6). Le calculateur détermine la pression de l'air à l'échappement par la tension exercée sur ces les vannes (1 et 2). Lorsque la pression limite déterminée par le calculateur sera dépassée les deux vannes laisseront passer l'air. La vanne commandant l'ouverture du réservoir d'air comprimé (2) laisse passer l'air à une pression inférieure à la pression permettant le passage de l'air par la vanne obstruant l'échappement (1), la pression à l'échappement sera donc située entre les pressions permettant l'ouverture de ces deux vannes. Deux amortisseurs de pression (7 et 8) sont situés en amont et en aval de la vanne obstruant l'échappement et permettent d'amortir les variations de pression. Une boucle (9) dont l'ouverture est déclenchée par le frein du véhicule grâce à deux vannes (10 et 11) relie l'échappement à l'admission elle relie la turbine de détente (12) à la turbine de compression du turbocompresseur (13), l'air tournera en boucle dans le système. La longueur de la boucle permet la création d'un gradient décroissant de pression entre la turbine de détente du turbocompresseur et la turbine de compression avec une dépression en amont de la turbine de compression.If compressed air is released to the exhaust, it will increase the air pressure at intake at low speed through the turbocharger. At high speed the flow of exhaust gas will cut off the supply of compressed air to the turbocharger. A bypass of the exhaust allows the exhaust gas to bypass the turbocharger when it is powered by compressed air. The system uses elements already present in the vehicle. It can be adapted to a vehicle with a manual gearbox and will be particularly suitable for an automatic transmission vehicle. It will have to answer a constraint which is the limit of compression that can exert the engine. If the exhaust of a vehicle is completely obstructed, the engine will behave like a compressor. Each cycle of the engine a quantity of air will be compressed and a force will oppose the advance of the vehicle. This force will follow a bell curve with a first ascending part and a second descending part. This force will eventually disappear when the exhaust pressure reaches the compression ratio of the engine. The motor will then behave like a spring and will stop compressing the air. It will stop putting aside kinetic energy and the braking force will disappear. The same phenomenon occurs when the tire of a bicycle is inflated with a hand pump, when the pressure in the tire has reached the compression ratio of the pump, the pump behaves like a spring. The exhaust pressures must be in the upward part of the curve, in this upward part the braking force and the kinetic energy stored in each cycle of the engine will be proportional to the differential between the air pressure at the intake of the engine and the pressure of the exhaust air. The braking force of the vehicle will be proportional to the differential pressure between the intake and the exhaust multiplied by the speed of rotation of the engine according to the formula F = DV x DP / t, the kinetic energy stored will respond to the formula E = DV x DP (DV = volume of compressed air, DP = pressure difference between intake and exhaust, t = seconds) To allow constant and progressive braking, apply a differential pressure between the intake and the exhaust proportional to the pressure on the brake pedal and inversely proportional to the speed of rotation of the engine. The control of the pressure differential between the intake and the exhaust will be done by the control of the air pressure at the exhaust. The exhaust air pressure will be controlled by a computer which will be informed of the intake air pressure, the engine rotation speed and the pressure applied to the brake. A measurement by a sensor of the exhaust air pressure will allow the computer to check the correct operation of the system. The exhaust air pressure determined by the computer will be a multiple of the air pressure at the intake. The intake pressure multiplying factor will be between the value 1 (no braking) and a limiting multiplier. The limiting multiplier of the inlet pressure will be the point of inflection where the braking force would start to decrease if the exhaust pressure were increased, it would be lower than the compression ratio of the engine, it would be engine-specific. and will be determined experimentally. The exhaust air pressure is controlled by two valves located on a bypass of the exhaust that opens during braking. The device is shown in Figure 1. 1 valve obstructing the exhaust 2 opening valve of the compressed air tank 3 compressed air tank 4 exhaust bypass 5 and 6 opening valves of the bypass exhaust 7 and 8 pressure dampers 9 loop connecting the exhaust to the inlet 10 and 11 opening valves of the loop 12 turbocharger expansion turbine 13 turbocharger compression turbine 14 inlet pressure sensor 15 valve air intake at start of braking 16 secondary opening of air intake under braking 17 Valve controlling secondary opening 18 non-return valve of secondary intake opening 19 exhaust pressure sensor 20 thermal engine 21 check valve of compressed air tank The computer controls two valves, a valve obstructing the exhaust (1) and an upstream valve (2) controlling the opening of a compressed air tank (3). ). The bypass carrying the two valves (4) opens when the driver actuates the brake pedal, the opening of the bypass is done by the action of two valves (5 and 6). The calculator determines the pressure of the exhaust air by the tension exerted on these valves (1 and 2). When the limit pressure determined by the computer will be exceeded, both valves will let the air through. The valve controlling the opening of the compressed air reservoir (2) allows the air to pass at a pressure lower than the pressure allowing the passage of air through the valve obstructing the exhaust (1), the pressure at the pressure exhaust will be located between the pressures allowing the opening of these two valves. Two pressure dampers (7 and 8) are located upstream and downstream of the valve obstructing the exhaust and allow damping pressure variations. A loop (9), the opening of which is triggered by the vehicle brake by means of two valves (10 and 11), connects the exhaust to the intake and connects the expansion turbine (12) to the turbocharger compression turbine ( 13), the air will loop through the system. The length of the loop allows the creation of a decreasing pressure gradient between the turbocharger expansion turbine and the compression turbine with a vacuum upstream of the compression turbine.
Le calculateur détermine la force de freinage en fonction de la pression que le conducteur exerce sur la pédale de frein, Si le turbo-REC suffit à assurer cette force de freinage il assurera seul le freinage, si ses capacités sont insuffisantes un complément sera apporté par le frein mécanique. La force de freinage diminuera quand sous l'effet du freinage le moteur ralentira, le conducteur devra rétrograder pendant le freinage comme lorsqu'il utilise le frein moteur. Pour un véhicule à boîte de vitesse automatique, le calculateur pourra commander le rétrogradage pour maintenir une vitesse de rotation du moteur élevée. La partie suivante décrit le fonctionnement du dispositif La première partie décrit le fonctionnement au freinage. Le fonctionnement est présenté sur la figure 2. Au début du freinage (Fig.2 A) lorsque le conducteur exerce une pression sur le frein du véhicule la dérivation de l'échappement (4) s'ouvre et l'alimentation en carburant est coupée. La boucle (9) s'ouvre entre l'échappement et l'admission du moteur. L'action sur le frein déclenche via le calculateur une mise sous tension des vannes (1,2) proportionnelle à la pression exercée sur le frein, la tension exercée sur la vanne 2 permet une ouverture à une pression légèrement inférieure à la pression permettant l'ouverture de la vanne 1. Lorsque la pression dans la dérivation (4) atteint la pression limite de la vanne permettant l'ouverture du réservoir d'air comprimé (2), le remplissage du réservoir (3) commence (Fig.2 B). Lorsque la pression dans le réservoir d'air comprimé a atteint la pression permettant l'ouverture de sa vanne d'admission (2), la pression augmente dans la dérivation. Quand la pression a atteint la pression permettant l'ouverture de la vanne obstruant l'échappement (Fig.2 C)) de l'air sous pression est libéré et alimente la turbine de détente du turbocompresseur (12). La détente de l'air à travers la turbine de détente du turbocompresseur actionne la turbine de compression et augmente la pression de l'air à l'admission (Fig. 2 D). Le calculateur informé de la pression à l'admission par la sonde de pression (14) réajuste la tension exercée sur les deux vannes (1 et 2) à une tension supérieure afin de maintenir constante la force de freinage, cette augmentation de tension fait monter la pression à l'échappement. Le remplissage du réservoir d'air comprimé se fait à une pression supérieure. Une fois cette pression dépassée la pression augmente encore dans la dérivation, le turbocompresseur est alimenté par de l'air à une pression supérieure, ce qui augmente encore d'avantage la pression à l'admission et après réajustement de la tension sur les deux vannes la pression à l'échappement et dans le réservoir d'air comprimé et ainsi de suite.The calculator determines the braking force according to the pressure that the driver exerts on the brake pedal, If the turbo-REC is enough to ensure this braking force it will ensure braking alone, if its capacities are insufficient a supplement will be provided by the mechanical brake. The braking force will decrease when under braking the engine will slow down, the driver will have to downshift during braking as when using the engine brake. For a vehicle with automatic gearbox, the computer can control the downshift to maintain a high engine rotation speed. The following section describes the operation of the device. The first part describes the operation under braking. The operation is shown in Figure 2. At the beginning of braking (Fig.2 A) when the driver exerts pressure on the vehicle brake the bypass of the exhaust (4) opens and the fuel supply is cut off . The loop (9) opens between the exhaust and the intake of the engine. The action on the brake triggers via the computer a power up of the valves (1,2) proportional to the pressure exerted on the brake, the tension exerted on the valve 2 allows an opening at a pressure slightly lower than the pressure allowing the opening of the valve 1. When the pressure in the bypass (4) reaches the limit pressure of the valve allowing the opening of the compressed air reservoir (2), the filling of the reservoir (3) begins (Fig.2 B ). When the pressure in the compressed air tank has reached the pressure allowing the opening of its inlet valve (2), the pressure increases in the bypass. When the pressure has reached the pressure allowing the opening of the valve obstructing the exhaust (FIG. 2 C)), the pressurized air is released and feeds the turbocharger expansion turbine (12). The expansion of the air through the turbocharger expansion turbine drives the compression turbine and increases the air pressure at the inlet (Fig 2 D). The computer informed of the intake pressure by the pressure sensor (14) readjusts the tension exerted on the two valves (1 and 2) at a higher voltage in order to maintain constant the braking force, this increase in tension causes exhaust pressure. The filling of the compressed air tank is at a higher pressure. Once this pressure exceeds the pressure increases further in the bypass, the turbocharger is powered by air at a higher pressure, which further increases the pressure on admission and after readjustment of the voltage on both valves the pressure at the exhaust and in the compressed air tank and so on.
La taille du réservoir d'air comprimé pourra être limitée, elle dépendra des pressions qui pourront être obtenues à l'admission et de la fraction du taux compression limite que peut exercer le moteur. Le calculateur réajuste la pression à l'échappement en fonction de la pression à l'admission. Quand la pression à l'admission devient positive il compense l'effet d'une pression positive à l'admission et ajuste le différentiel de pression entre l'admission et l'échappement pour maintenir une force de freinage constante. La force de freinage potentielle augmentera car la pression limite à l'échappement est un multiple de la pression à l'admission alors que la force de freinage est un différentiel proche du différentiel entre la pression atmosphérique et la pression à l'échappement.The size of the compressed air tank may be limited, it will depend on the pressures that can be obtained on admission and the fraction of the compression rate limit that can exert the engine. The calculator readjusts the exhaust pressure according to the inlet pressure. When the intake pressure becomes positive it compensates for the effect of a positive intake pressure and adjusts the pressure differential between the intake and the exhaust to maintain a constant braking force. The potential braking force will increase because the exhaust limit pressure is a multiple of the intake pressure while the braking force is a differential close to the differential between the atmospheric pressure and the exhaust pressure.
L'admission en l'air se fait au début du freinage à la pression atmosphérique (Fig.2 A, B, C) grâce à une ouverture fermée par un clapet (15) situé en aval de la turbine de compression du turbocompresseur (13). Elle se fait ensuite en amont de la turbine de compression du turbocompresseur (Fig. 2 D) quand le turbocompresseur se met en route. L'augmentation de la la pression en aval de la turbine de compression du turbocompresseur et le flux d'air repoussent le clapet (15).The air intake is at the beginning of the braking at atmospheric pressure (Fig.2 A, B, C) thanks to an opening closed by a valve (15) located downstream of the turbocharger compression turbine (13). ). It is then upstream of the turbocharger compression turbine (Fig 2 D) when the turbocharger starts. Increasing the pressure downstream of the turbocharger compression turbine and the air flow push back the valve (15).
L'apport en air extérieur se fait alors par une conduite secondaire perpendiculaire (16) située en amont de la turbine de compression du turbocompresseur, elle résulte de deux effets, la force de Bernoulli due à la cinétique de l'air et l'effet d'aspiration de la turbine de compression du turbocompresseur. Une vanne commandée par le calculateur (17) permet de contrôler l'apport en air afin de réguler l'augmentation des pressions dans le système, un clapet anti-retour (18) empêche la sortie d'air de la boucle si la pression dans la boucle devient positive. La limite du système sera atteinte lorsque la pression en amont de la turbine de compression ne permettra plus l'afflux d'air nouveau. Il sera néanmoins possible d'augmenter la pression à l'admission par des volets aérodynamique situés à l'extérieur du véhicule et commandés par le frein qui dirigeront de l'air sous pression vers les conduites d'admission. La pression à l'admission pourra également être augmentée en ajoutant un compresseur mécanique en amont de la conduite secondaire l'admission. Lors d'un freinage puissant le calculateur commandera une forte tension des vannes, ce qui provoquera une augmentation importante de la pression à l'échappement. le flux d'air sera dirigé pendant une durée prolongée vers le réservoir d'air comprimé qui se remplira à une pression importante, une fois le réservoir rempli, le passage de l'air à travers le turbocompresseur augmentera la pression à l'admission et permettra d'augmenter la pression à l'échappement et dans le réservoir d'air comprimé. Un freinage doux entrainera un passage plus rapide de l'air à travers le turbocompresseur. Par une augmentation plus progressive de la pression à l'admission il provoquera une montée plus progressive de la pression à l'échappement et de la pression dans le réservoir d'air comprimé. La perte d'énergie due à la détente de l'air dans le réservoir d'air comprimé au début du remplissage sera diminuée.The external air supply is then through a perpendicular secondary pipe (16) upstream of the turbocharger compression turbine, it results from two effects, the Bernoulli force due to the kinetics of the air and the effect Turbocharger compression turbine suction. A valve controlled by the computer (17) controls the air supply to regulate the increase of pressures in the system, a check valve (18) prevents the air outlet of the loop if the pressure in the air the loop becomes positive. The system limit will be reached when the pressure upstream of the compression turbine will no longer allow the flow of fresh air. However, it will be possible to increase the intake pressure by aerodynamic flaps located outside the vehicle and controlled by the brake that will direct air under pressure to the intake ducts. Inlet pressure may also be increased by adding a mechanical compressor upstream of the secondary intake pipe. During a powerful braking the computer will command a high voltage of the valves, which will cause a significant increase in the pressure at the exhaust. the air flow will be directed for an extended period of time to the compressed air tank which will fill up at a high pressure, once the tank is filled, the passage of air through the turbocharger will increase the pressure at the intake and will increase the pressure at the exhaust and in the compressed air tank. Gentle braking will result in faster airflow through the turbocharger. By a more gradual increase in intake pressure it will cause a more gradual rise in the exhaust pressure and the pressure in the compressed air tank. The energy loss due to the expansion of the air in the compressed air tank at the beginning of filling will be reduced.
Le freinage entrainera une baisse de régime du moteur et le calculateur augmentera la tension exercée sur les vannes. L'augmentation de la pression à l'échappement augmentera ainsi que la pression dans le réservoir d'air comprimé. Si le conducteur rétrograde l'augmentation du régime du moteur s'accompagnera d'un relâchement des vannes et d'une augmentation de la pression à l'admission suivie d'une remise sous tension des vannes sous l'effet du calculateur. Une variation de la pression sur le frein entrainera une variation de la tension exercée sur les vannes. Un relâchement du frein entrainera un relâchement de la vanne obstruant l'échappement et via le turbocompresseur une augmentation de la pression à l'admission du moteur. L'augmentation de la pression à l'admission du moteur provoquera via le calculateur une augmentation de la tension exercée sur les vannes et une nouvelle augmentation de la pression à l'échappement. En cas de rétrogradage ou de relâchement du frein le remplissage du réservoir d'air comprimé cessera puis reprendra quand la pression à l'échappement aura dépassé la pression de l'air dans le réservoir d'air comprimé. Un clapet anti-retour (21) évitera que le réservoir d'air comprimé ne se vide lorsque la pression dans le réservoir d'air comprimé sera supérieure à la pression à l'échappement. Deux amortisseurs de pression (7 et 8) en amont et en aval de la vanne obstruant l'échappement permettent d'amortir les variations de pression.Braking will cause a drop in engine speed and the computer will increase the tension exerted on the valves. The increase in exhaust pressure will increase as will the pressure in the compressed air tank. If the driver retrogrades the increase in engine speed will be accompanied by a relaxation of the valves and an increase in the intake pressure followed by a power of the valves under the effect of the calculator. A variation of the pressure on the brake will cause a variation of the tension exerted on the valves. A release of the brake will cause a release of the valve obstructing the exhaust and via the turbocharger an increase in the pressure at the intake of the engine. The increase in the pressure at the intake of the engine will cause via the computer an increase in the tension exerted on the valves and a new increase of the pressure at the exhaust. In the event of downshifting or releasing the brake, the filling of the compressed air tank will stop and then resume when the exhaust pressure has exceeded the pressure of the air in the compressed air tank. A check valve (21) will prevent the compressed air tank from emptying when the pressure in the compressed air tank is greater than the exhaust pressure. Two pressure dampers (7 and 8) upstream and downstream of the valve obstructing the exhaust make it possible to damp the pressure variations.
En fin de freinage lorsque le véhicule est proche de l'arrêt, le calculateur commande la fermeture de la dérivation de l'échappement et de la boucle reliant l'échappement et l'admission, il rétablit l'alimentation en essence, le freinage est basculé sur le frein mécanique. Le même effet est obtenu si le conducteur actionne l'embrayage, le rétablissement du circuit d'air par l'actionnement de l'embrayage permet le démarrage en côte, il évite que le moteur ne se bloque au freinage quand on actionne l'embrayage pour rétrograder. Le calculateur ne rétablira l'alimentation en essence si on actionne l'embrayage que si le véhicule est à l'arrêt pour permettre le démarrage en côte et éviter de remettre le moteur en route inutilement au freinage lorsque le conducteur rétrograde pour rétablir la force de freinage du Turbo-REC.At the end of braking when the vehicle is close to the stop, the computer controls the closing of the bypass of the exhaust and the loop connecting the exhaust and the intake, it restores the fuel supply, braking is tipped on the mechanical brake. The same effect is obtained if the driver actuates the clutch, the restoration of the air circuit by the actuation of the clutch allows the start on the hill, it prevents the engine does not lock when braking when the clutch is actuated to downshift. The computer will only restore the fuel supply if the clutch is actuated only if the vehicle is stationary to allow start-up on the hill and avoid restarting the engine unnecessarily under braking when the driver retrogrades to restore the force of the engine. Turbo-REC braking.
La partie suivante décrit le fonctionnement au redémarrage Au redémarrage du véhicule l'air comprimé peut être dirigé soit vers l'admission du moteur, soit vers l'échappement. Si l'air comprimé est dirigé vers l'admission l'air comprimé assurera une alimentation du moteur à une pression positive à bas régime. Le dispositif est présenté sur la figure 3 qui complète la figure 1. 1 réservoir d'air comprimé 2 vanne d'ouverture du réservoir d'air comprimé 3 régulateur de pression 4 clapet d'admission d'air comprimé clapet de rejet de l'air provenant du turbocompresseur 6 vannes d'ouverture de la dérivation de l'échappement 7 vannes d'ouverture de la boucle entre l'échappement et 5 l'admission Le fonctionnement est présenté sur la figure 4. En absence d'action sur le frein, si la vitesse du véhicule est réduite ou en cas d'actionnement de l'embrayage le circuit d'air est rétabli. La dérivation de l'échappement est fermée de même que la boucle reliant l'échappement à l'admission (Fig. 4 A). L'actionnement par le conducteur de la pédale d'accélération ouvre le réservoir d'air comprimé (Fig. 4 B), cette ouverture se fait par la vanne (2), elle est proportionnelle à la pression qu'exerce le conducteur sur la pédale d'accélération. L'arrivée d'air comprimé repousse un clapet (4), ce qui coupe l'alimentation du moteur par l'air en provenance du turbocompresseur, le moteur est alimenté par l'air comprimé en provenance du réservoir (1). L'ouverture du clapet ouvre également un second clapet (5) articulé au premier qui permet de rejeter vers l'extérieur l'air provenant du turbocompresseur. Ceci évite que le blocage de la turbine de compression du fait de la coupure de l'admission ne bloque la turbine de détente et n'entrave l'échappement du véhicule. Le moteur est alimenté par l'air comprimé provenant du réservoir, sa pression est contrôlée par un régulateur (3), elle est proportionnelle à la force exercée sur l'accélérateur. Quand le régime du moteur augmente, la mise en route du turbocompresseur augmente la pression à l'admission en amont du clapet (Fig.4 C), l'air en provenance du turbocompresseur repousse le clapet d'admission d'air comprimé (4) et ferme le second clapet (5), le moteur est alimenté par le turbocompresseur. Aux changements de vitesse l'alimentation en air comprimé reprendra à bas régime puis se coupera à nouveau quand le moteur augmentera en régime. L'énergie stockée sera restituée quand le réservoir d'air comprimé sera vidé. Si l'air comprimé est dirigé vers l'échappement il fera augmenter la pression à l'admission à bas régime grâce au 10 turbocompresseur. Le dispositif est présenté sur la figure 5 qui complète la figure 1. 1 réservoir d'air comprimé 2 vanne d'ouverture du réservoir d'air comprimé 15 3 régulateur de pression 4 clapet d'arrivée de l'air comprimé 5 clapet ouvrant le shunt de l'échappement 6 shunt de l'échappement 7 dérivation de l'échappement 20 8 boucle entre l'échappement et l'admission Le fonctionnement est présenté sur la figure 6. En absence d'action sur le frein, si la vitesse du véhicule est réduite ou en cas d'actionnement de l'embrayage le circuit d'air est rétabli. La dérivation de l'échappement 25 est fermée de même que la boucle reliant l'échappement à l'admission (Fig. 6 A). Quand le conducteur accélère (Fig. 6 B), la pression sur l'accélérateur provoque une ouverture proportionnelle de la vanne d'ouverture (2) du réservoir d'air comprimé (1).The following section describes the operation at restart When the vehicle is restarted, compressed air can be directed to either the engine intake or the exhaust. If the compressed air is directed to the intake, the compressed air will supply the engine with positive pressure at low speed. The device is shown in FIG. 3, which completes FIG. 1. 1 compressed air tank 2 compressed air tank opening valve 3 pressure regulator 4 compressed air intake valve discharge valve air coming from the turbocharger 6 opening valves of the exhaust bypass 7 valves opening the loop between the exhaust and the intake The operation is shown in Figure 4. In the absence of action on the brake , if the speed of the vehicle is reduced or when the clutch is actuated, the air circuit is re-established. The exhaust bypass is closed as is the loop connecting the exhaust to the intake (Fig. 4 A). Actuation by the driver of the accelerator pedal opens the compressed air tank (Fig 4 B), this opening is done by the valve (2), it is proportional to the pressure exerted by the driver on the accelerator pedal. The incoming compressed air pushes a valve (4), which cuts the engine power by the air from the turbocharger, the engine is powered by the compressed air from the tank (1). The opening of the valve also opens a second valve (5) hinged to the first which allows to reject to the outside air from the turbocharger. This prevents the blocking of the compression turbine due to the intake cutoff blocking the expansion turbine and impedes the escape of the vehicle. The engine is powered by the compressed air coming from the tank, its pressure is controlled by a regulator (3), it is proportional to the force exerted on the accelerator. When the engine speed increases, the startup of the turbocharger increases the intake pressure upstream of the valve (Fig.4 C), the air from the turbocharger pushes the compressed air intake valve (4). ) and closes the second valve (5), the engine is powered by the turbocharger. At speed changes the compressed air supply will resume at low speed and then shut off again when the engine rises. The stored energy will be restored when the compressed air tank is emptied. If the compressed air is directed to the exhaust it will increase the intake pressure at low speed due to the turbocharger. The device is shown in FIG. 5, which completes FIG. 1. 1 compressed air tank 2 compressed air tank opening valve 15 3 pressure regulator 4 compressed air inlet valve 5 valve opening the Exhaust shunt 6 Exhaust shunt 7 Exhaust bypass 20 8 Loop between exhaust and intake Operation is shown in Figure 6. If there is no action on the brake, if the speed of the vehicle is reduced or when the clutch is actuated, the air circuit is re-established. The bypass of the escapement 25 is closed as is the loop connecting the exhaust to the inlet (Fig. 6A). When the driver accelerates (Fig. 6 B), the pressure on the accelerator causes a proportional opening of the opening valve (2) of the compressed air tank (1).
L'air comprimé repousse un clapet (4), il est dirigé vers la turbine de détente du turbocompresseur. Le mouvement du clapet actionne un second clapet articulé au premier (5) qui ouvre une dérivation de l'échappement (6), cette dérivation permet aux gaz d'échappement de contourner le turbocompresseur quand le moteur tourne à bas régime. Le turbocompresseur est actionné par la réserve d'air comprimé et permet d'alimenter le moteur à une pression positive. Un régulateur de pression (3) permet de limiter la pression de l'air comprimé injecté dans le turbocompresseur. Quand le moteur augmente en régime (Fig.The compressed air pushes a valve (4), it is directed towards the turbocharger expansion turbine. The movement of the valve actuates a second valve hinged to the first (5) which opens a bypass of the exhaust (6), this bypass allows the exhaust gas to bypass the turbocharger when the engine is running at low speed. The turbocharger is operated by the reserve of compressed air and allows to supply the engine with a positive pressure. A pressure regulator (3) limits the pressure of the compressed air injected into the turbocharger. When the engine rises (Fig.
6 C), l'augmentation de la pression à l'échappement et le flux de gaz d'échappement repoussent le clapet (4) et coupent l'alimentation du turbocompresseur par l'air comprimé provenant du réservoir (1), par l'actionnement du second clapet articulé au premier (5) ils ferment également la dérivation de l'échappement (6). L'alimentation du turbocompresseur se fait par les gaz d'échappement puis à nouveau par l'air provenant du réservoir d'air comprimé aux changements de vitesse quand le régime du moteur diminuera jusqu'à épuisement de la réserve d'air comprimé. Le dispositif est présenté avec un contrôle électronique de la pression à l'échappement. Un système plus économique et reposant sur des principes mécaniques est possible pour un coût réduit. Il reposerait sur un double étrier. La pression sur la pédale de frein s'exerce sur l'axe d'un premier étrier qui a d'un côté le frein mécanique et de l'autre le Turbo-REC. L'axe sur lequel s'exerce la pression de freinage se déplace en fonction de la vitesse de rotation du moteur, ce qui peut être assuré par une dérivation du système hydraulique du moteur. Ainsi si la vitesse de rotation du moteur est faible, l'axe du premier étrier est proche de la partie reliée au frein mécanique et inversement. A l'autre extrémité du premier étrier se trouve le second étrier qui actionne le Turbo-REC. Le second étrier transmet la force exercée par le frein aux deux vannes assurant l'obstruction de l'échappement et l'ouverture du réservoir d'air comprimé. Ainsi si la vitesse du moteur est faible le freinage est assuré principalement par le frein mécanique. Si la vitesse du moteur est élevée le freinage est principalement assuré par le Turbo-REC. La force de freinage reste proportionnelle à la force exercée sur le frein du véhicule. Il sera possible d'assurer une augmentation de la force exercée sur les vannes proportionnelle à la pression à l'admission afin d'augmenter de façon proportionnelle la pression à l'échappement par un système reposant sur des principes mécaniques. Cette fonction pourrait être exercé par une dérivation du système hydraulique contrôlée par la pression à l'admission qui assurerait soit une force proportionnelle soit une contre-force inversement proportionnelle à la pression de l'air à l'admission. Le dispositif présenté sous la dénomination de Turbo-REC permettra pour un coût limité des économies de carburant importantes. Il utilise des éléments déjà présents sur le véhicule. Le surpoids du dispositif est faible et il permet d'assurer la progressivité du freinage. Il ne présente pas d'éléments sensibles à l'usure ou à durée de vie limitée. Il apportera également au moteur un surcroit de puissance au redémarrage et en reprise et se particulièrement adapté à un véhicule urbain ou à vocation sportive.6 C), the increase of the exhaust pressure and the flow of exhaust gas push back the valve (4) and cut the supply of the turbocharger by the compressed air coming from the tank (1), by the actuation of the second valve hinged to the first (5) they also close the bypass of the exhaust (6). The turbocharger is fed by the exhaust gases and then again by the air coming from the compressed air tank to the gear changes when the engine speed decreases until the supply of compressed air is exhausted. The device is presented with an electronic control of the exhaust pressure. A more economical system based on mechanical principles is possible at a reduced cost. It would rest on a double stirrup. The pressure on the brake pedal is exerted on the axis of a first caliper which has on one side the mechanical brake and on the other the Turbo-REC. The axis on which the brake pressure is exerted moves according to the speed of rotation of the engine, which can be ensured by a bypass of the hydraulic system of the engine. Thus, if the rotational speed of the motor is low, the axis of the first caliper is close to the part connected to the mechanical brake and vice versa. At the other end of the first stirrup is the second stirrup that activates the Turbo-REC. The second caliper transmits the force exerted by the brake to the two valves ensuring the obstruction of the exhaust and the opening of the compressed air tank. Thus, if the speed of the engine is low, braking is ensured mainly by the mechanical brake. If the engine speed is high braking is mainly provided by the Turbo-REC. The braking force remains proportional to the force exerted on the vehicle brake. It will be possible to increase the force on the valves proportional to the intake pressure to proportionally increase the exhaust pressure by a system based on mechanical principles. This function could be exerted by a bypass of the hydraulic system controlled by the pressure at the intake which would ensure either a proportional force or a counterforce inversely proportional to the air pressure at the intake. The device presented under the name of Turbo-REC will for a limited cost of significant fuel savings. It uses elements already present on the vehicle. The overweight of the device is low and it ensures gradual braking. It does not have elements sensitive to wear or limited life. It will also give the engine extra power at restart and recovery and is particularly suitable for a city or sports car.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PLFP | Fee payment |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20191006 |