EP3478952A1 - Dispositif et methode de controle de l'introduction d'air et de gaz d'echappement a l'admission d'un moteur a combustion interne suralimente - Google Patents

Dispositif et methode de controle de l'introduction d'air et de gaz d'echappement a l'admission d'un moteur a combustion interne suralimente

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EP3478952A1
EP3478952A1 EP17732462.1A EP17732462A EP3478952A1 EP 3478952 A1 EP3478952 A1 EP 3478952A1 EP 17732462 A EP17732462 A EP 17732462A EP 3478952 A1 EP3478952 A1 EP 3478952A1
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EP
European Patent Office
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duct
exhaust gas
compressed air
turbine
air
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17732462.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Colliou
Bruno Walter
Stephane Venturi
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
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    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to architectures and to a device for controlling a device for introducing the quantity of air at the intake of a supercharged internal combustion engine, in particular a stationary engine or for a vehicle automotive or industrial.
  • the present invention is suitable for engines, in particular diesel engines, equipped with an exhaust gas recirculation circuit.
  • the power delivered by an internal combustion engine is dependent on the amount of air introduced into the combustion chamber of the engine, amount of air which is itself proportional to the density of this air.
  • a turbocharger In the case of supercharging by a turbocharger, the latter comprises a rotary turbine, single flow or double flow, connected by an axis to a rotary compressor.
  • the exhaust gases from the engine pass through the turbine which is then rotated. This rotation is then transmitted to the compressor which, by its rotation, compresses the outside air before it is introduced into the combustion chamber.
  • the compressor As is better described in the French patent application No. 2,478,736, it is provided, in order to significantly increase this amount of compressed air in the engine combustion chamber, to further increase the compression of the engine. outside air by the compressor.
  • Boost circuit a fluid amplifier circuit
  • Boost circuit Boost circuit
  • This turbine is then traversed by a larger amount of fluid (mixture of compressed air and exhaust gas), which increases the speed of rotation of the turbine and consequently the compressor.
  • This increase in compressor speed thus makes it possible to increase the pressure of the outside air that will be compressed in this compressor and then introduced into the combustion chamber of the engine.
  • the compressed air has a higher density which increases the amount of air contained in the combustion chamber.
  • This type of supercharged engine although satisfactory, nevertheless has significant disadvantages.
  • the present invention relates to an optimized architecture of the air loop and recirculation of engine exhaust gas for use on the same engine of the "HP EGR” or "Boost”, while avoiding a complexity too high for the respective ducts and controls.
  • the present invention relates to a device for controlling the amount of air introduced to the intake of a supercharged internal combustion engine
  • a supercharging system comprising a turbocharger with a turbine connected to at least one gas outlet of exhaust of said engine as well as an outdoor air compressor, a conduit for partial transfer of compressed air from the compressor to the inlet of the turbine, and a flue gas recirculation duct between an exhaust gas outlet and a compressed air intake pipe, characterized in that said partial transfer duct and said flue gas recirculation duct comprise at least one common portion.
  • the device may include a winnowing system controlled on the partial compressed air transfer circuit and on the EGR circuit to control EGR exhaust gas recirculation, or to control the partial transfer of compressed air to the turbine (8).
  • the winnowing system may include at least one valve on the EGR exhaust gas recirculation circuit and a valve on the partial transfer conduit.
  • the partial transfer duct may be connected either upstream or downstream of a heat exchanger on the compressed air duct.
  • the winnowing system may comprise at least one three-way valve.
  • the partial transfer duct may comprise an exchanger for the recirculation of the exhaust gases.
  • the present invention also relates to a method for controlling the amount of air introduced to the intake of a supercharged internal combustion engine comprising a supercharging system comprising a turbocharger with a turbine connected to at least one exhaust gas outlet.
  • a supercharging system comprising a turbocharger with a turbine connected to at least one exhaust gas outlet.
  • said engine as well as an outdoor air compressor, a duct for partially transferring compressed air from the compressor to the inlet of the turbine, and a duct for recirculating the exhaust gas between a gas outlet of exhaust and a compressed air intake pipe, characterized in that a common portion of duct is used for said partial transfer duct and said duct for the recirculation of the exhaust gas.
  • a winnowing system can be controlled for either the recirculation of the exhaust gas or the partial transfer of compressed air.
  • FIG. 1 which illustrates an internal combustion engine with its supercharging device and its HP EGR circuit used according to the invention
  • the internal combustion engine 1 comprises at least two cylinders, here four cylinders referenced 121 to 124 from the left of the figure.
  • this engine is a direct injection internal combustion engine, especially diesel type, but this in no way discards any other type of internal combustion engine.
  • Each cylinder comprises intake means with at least one intake valve controlling an intake manifold 2.
  • the intake manifolds result in an intake manifold 3 fed by a supply duct 4 for intake air , such as compressed air.
  • Each cylinder also comprises exhaust gas exhaust means with at least one exhaust valve controlling an exhaust manifold 5 leading to an exhaust manifold 6.
  • the exhaust manifold 6 leads to a turbocharger 7 used for the compression of air and more particularly to the expansion turbine 8 of the turbocharger.
  • the turbocharger is a single-input turbocharger.
  • the invention is not limited to a single-input turbocharger, it is also applicable to twin-scroll turbochargers called “Twin scroll", or even to n-input turbochargers with n greater than or equal to 2.
  • the gas evacuation 9 of the turbine 8 is conventionally connected to the exhaust line of the engine.
  • the compressor 10 of the turbocharger 7 has an external air intake 1 1 fed by a supply line.
  • the compressed air outlet of this compressor is connected to the supply duct 4 of the intake manifold 3 via a duct 12.
  • the connection point between the ducts 4 and 12 is noted.
  • a compressed air cooling exchanger 14 on the pipe 12, between the compressor 10 and the pipe 4.
  • a transfer duct 15 makes it possible to circulate a portion of the compressed air leaving the compressor 10 towards the inlet of the turbine 8.
  • this partial transfer duct originates on the duct 12, at a point of intersection 1 6 between the compressor and the cooling exchanger 14, and then connects, from a junction point 17, 18.
  • the branch 18 leads to the inlet of the turbine through its junction at point 19 with the exhaust gas outlet 6.
  • a duct 21 connects the branch 18 to the intake duct 4. It preferably passes through an exchanger 22 adapted to the cooling of the exhaust gas.
  • the branch referenced 15 also comprises a nonreturn valve 20 which prevents the circulation of the fluids of the branches 18 and / or 21 to the compressor 10.
  • This configuration thus makes it possible, during the operation of the engine, to take advantage of the zones of low exhaust pressure occurring punctually in the exhaust manifold to introduce compressed air into the turbine and thus to increase the flow rate of this turbine and consequently of the compressor. .
  • This also allows for more efficient supercharging for low speeds and in particular to manage the transient phases with adapted proportional valve control strategies.
  • the valve 23 is controlled in opening to introduce compressed air from the compressor 10 into the turbine 8, together the valve 24 is controlled closing.
  • the compressed air leaving the compressor 10 circulates in the conduit 15 and then in the branch 18 to reach the exhaust gas inlet of the turbine 8 by providing a surplus of fluid to the turbine.
  • the turbine is traversed not only by the exhaust gas from the manifold 5, but also by compressed air which is added to these gases.
  • the rotation of the turbine is increased, which causes an increase in the rotation of the compressor and, consequently, an increase in the pressure of the compressed air coming out of this compressor.
  • valves 23 and 24 can be replaced by a 3-way valve whose function will be equivalent to control the different flows.
  • valve 24 (called EGR valve) can be placed upstream ( Figure 1) or downstream (not shown) of the heat exchanger 22.
  • At least one portion of a duct communicating on one side with the inlet of the turbine 8 and the other with the admission of compressed air is used.
  • This portion of conduit allows the passage of exhaust gas when the EGR valve 24 is open and the valve 23 is closed. Also, it allows the passage of compressed air when the valve 23 is open and the EGR valve
  • FIG. 2 is distinguished from FIG. 1 by the introduction of a connecting line 15a between two junction points 17 and 25 with the duct 21.
  • This connecting pipe is provided with valve means 23, such as a proportional valve, and a non-return valve 20.
  • the compressed air of the Boost circuit passes through the exchanger 14 and then through the exchanger 22 of the EGR, the connecting pipe 15a and the branch 18.
  • One of the advantages lies in the fact that the circulation of the The air of the countercurrent circuit Boost in the exchanger 22 of the EGR allows a scrubbing or / and unclogging thereof.
  • FIGS. 3 and 4 which essentially comprise the same elements as those of FIG. 1, describe alternative arrangements according to the invention, which use a valve-type stop valve element including a valve box, to perform the various traffic functions, depending on whether you are in EGR or Boost.
  • the skilled person will be able to choose the appropriate components.
  • a valve 30, for example of the 3-way plug type, is interposed downstream of the EGR exchanger 22 on the EGR duct 21.
  • the control of this valve 30 allows the passage of exhaust gas to the compressed air intake duct 4 by the junction point 13.
  • a duct 15b, which connects the valve 30 to the branch 18, is then closed.
  • valve 30 allows the passage of a compressed air portion through the conduit 15b to the branch 18 to "Boost" the turbine 8.
  • the air "Boost” has passed through the exchanger 14 without going through the EGR exchanger 22.
  • a variant represented by the duct 15c in dashed lines in FIG. 3, shows the valve 30 connected to the junction point 1 6 upstream of the exchanger 14 of the compressed air.
  • the valve 30 is here not connected to the junction point 13.
  • the air of the Boost circuit is here conducted directly towards the turbine 8.
  • the exhaust gas of the EGR circuit passes through the exchangers 22 and 14, joining the junction point 16 of the compressed air line.
  • FIG. 4 describes another variant in which the valve 30 is connected to the junction point 13 to drive the fluids passing through it to the compressed air intake duct 4.
  • This three-way valve is supplied with air from the Boost circuit by a conduit connected to the junction point 16 upstream of the exchanger 14, and exhaust gas EGR by the branch 18.
  • the common conduit EGR and "Boost" includes the branch 18 and the EGR exchanger. It is noted, as represented by reference 22a, that the EGR exchanger can be placed downstream of the valve 30 before the junction point 13. An anti-return valve 32 can be placed downstream of the exchanger 14 to block the gas exhaust in the case of EGR operation.
  • At least a portion of the EGR duct is used to bring a portion of compressed air at the inlet of the turbine to obtain a "Boost" circuit.

Abstract

Dispositif de contrôle de la quantité d'air introduit à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant un système de suralimentation comportant un turbocompresseur (7) avec une turbine (8) connectée à au moins une sortie de gaz d'échappement dudit moteur ainsi qu'un compresseur (10) d'air extérieur, un conduit de transfert partiel (15, 18) de l'air comprimé du compresseur vers l'entrée de la turbine, et un conduit EGR (18, 21) entre une sortie de gaz d'échappement et une conduite d'admission d'air comprimé (4). Le dispositif se caractérise en ce que le conduit de transfert partiel et le conduit EGR comportent au moins une portion commune (18).

Description

Dispositif et méthode de contrôle de l'introduction d'air et de gaz d'échappement à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté
La présente invention se rapporte à des architectures et à un dispositif de contrôle d'un dispositif d'introduction de la quantité d'air à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté, notamment d'un moteur stationnaire ou pour un véhicule automobile ou industriel.
En particulier, la présente invention est adaptée à des moteurs, notamment des moteurs Diesel, équipés d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement.
Comme cela est largement connu, la puissance délivrée par un moteur à combustion interne est dépendante de la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion de ce moteur, quantité d'air qui est elle-même proportionnelle à la densité de cet air.
Ainsi, il est habituel d'augmenter cette quantité d'air au moyen d'une compression de l'air extérieur avant qu'il ne soit admis dans cette chambre de combustion. Cette opération, appelée suralimentation, peut être réalisée par tous moyens, tel qu'un turbocompresseur ou un compresseur entraîné, qui peut être centrifuge ou volumétrique.
Dans le cas d'une suralimentation par un turbocompresseur, ce dernier comprend une turbine rotative, à simple flux ou à double flux, reliée par un axe à un compresseur rotatif. Les gaz d'échappement issus du moteur traversent la turbine qui est alors entraînée en rotation. Cette rotation est ensuite transmise au compresseur qui, de par sa rotation, comprime l'air extérieur avant qu'il ne soit introduit dans la chambre de combustion. Comme cela est mieux décrit dans la demande de brevet français N° 2 478 736, il est prévu, pour pouvoir amplifier de manière significative cette quantité d'air comprimé dans la chambre de combustion du moteur, d'augmenter encore plus la compression de l'air extérieur par le compresseur.
Cela se réalise plus particulièrement en augmentant la vitesse de rotation de la turbine et donc du compresseur.
Pour cela, il est utilisé un circuit amplificateur de fluide, dit circuit Boost, grâce auquel une partie de l'air comprimé sortant du compresseur est déviée pour être admis directement à l'entrée de la turbine en se mélangeant avec les gaz d'échappement. Cette turbine est alors traversée par une plus grande quantité de fluide (mélange d'air comprimé et de gaz d'échappement), ce qui permet d'augmenter la vitesse de rotation de la turbine et par conséquence du compresseur. Cette augmentation de vitesse du compresseur permet ainsi d'augmenter la pression de l'air extérieur qui sera comprimé dans ce compresseur puis introduit dans la chambre de combustion du moteur.
Par cela, l'air comprimé a une densité plus élevée ce qui permet d'accroître la quantité d'air contenue dans la chambre de combustion. Ce type de moteur suralimenté, bien que donnant satisfaction, présente néanmoins des inconvénients non négligeables.
En effet, le débit de l'air comprimé qui est admis à l'entrée de la turbine n'est pas correctement contrôlé, ce qui peut entraîner un dysfonctionnent du moteur.
Ainsi, à titre d'exemple, en cas de trop grande quantité d'air comprimé déviée à l'entrée de la turbine, les gaz d'échappement entrant dans la turbine sont refroidis de manière trop importante par cet air et amène une diminution du rendement global de la suralimentation.
De plus, une des principales difficultés avec le présent concept de suralimentation avec un circuit Boost réside dans sa compatibilité avec la recirculation des gaz d'échappement. En effet, la plupart des moteurs Diesel sont équipés d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement, dit circuit EGR pour "Exhaust Gas Recirculation", pour limiter à la source les émissions de NOx. La recirculation de gaz d'échappement se fait généralement au moyen d'un circuit EGR HP (Exhaust Gas Recirculation Haute Pression) prélevant le gaz d'échappement en amont de la turbine pour le renvoyer en aval du compresseur de l'air d'admission. La circulation des gaz brûlés recirculés étant exactement l'inverse de celle de l'air dérivé du circuit Boost, on risque un conflit entre les deux circuits avec une annulation des effets. Il est donc nécessaire de définir une architecture de boucle d'air spécifique permettant de rendre le circuit Boost et le circuit EGR HP compatibles. On connaît le document EP 1 138 928 qui décrit un circuit EGR et un circuit
Boost distincts en tous points, ce qui impose une construction et des commandes complexes.
Au contraire, la présente invention concerne une architecture optimisée de la boucle d'air et de recirculation de gaz d'échappement du moteur permettant d'utiliser sur un même moteur de « l'EGR HP» ou « Boost », tout en évitant une complexité trop élevée pour les conduits et les commandes respectifs.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de contrôle de la quantité d'air introduit à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant un système de suralimentation comportant un turbocompresseur avec une turbine connectée à au moins une sortie de gaz d'échappement dudit moteur ainsi qu'un compresseur d'air extérieur, un conduit de transfert partiel de l'air comprimé du compresseur vers l'entrée de la turbine, et un conduit de recirculation de gaz brûlés entre une sortie de gaz d'échappement et une conduite d'admission d'air comprimé, caractérisé en ce que ledit conduit de transfert partiel et ledit conduit de recirculation de gaz brûlés comportent au moins une portion commune.
Le dispositif peut comporter un système de vannage commandé sur le circuit de transfert partiel d'air comprimé et sur le circuit EGR pour contrôler la recirculation des gaz d'échappement EGR, ou pour contrôler le transfert partiel d'air comprimé vers la turbine (8). Le système de vannage peut comprendre au moins une vanne sur le circuit pour la recirculation des gaz d'échappement EGR et une vanne sur le conduit de transfert partiel.
Le conduit de transfert partiel peut être relié soit en amont, soit en aval d'un échangeur thermique sur le conduit d'air comprimé.
Le système de vannage peut comporter au moins une vanne trois voies.
Le conduit de transfert partiel peut comprendre un échangeur pour la recirculation des gaz d'échappement.
La présente invention concerne également une méthode de contrôle de la quantité d'air introduit à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant un système de suralimentation comportant un turbocompresseur avec une turbine connectée à au moins une sortie de gaz d'échappement dudit moteur ainsi qu'un compresseur d'air extérieur, un conduit de transfert partiel de l'air comprimé du compresseur vers l'entrée de la turbine, et un conduit pour la recirculation des gaz d'échappement entre une sortie de gaz d'échappement et une conduite d'admission d'air comprimé, caractérisée en ce que l'on utilise une portion commune de conduit pour ledit conduit de transfert partiel et ledit conduit pour la recirculation des gaz d'échappement. On peut commander un système de vannage pour réaliser soit la recirculation des gaz d'échappement, soit le transfert partiel d'air comprimé.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées :
- la figure 1 qui illustre un moteur à combustion interne avec son dispositif de suralimentation et son circuit EGR HP utilisés selon l'invention ;
- la figure 2 qui montre une variante du moteur à combustion interne selon l'invention ; - les figures 3 et 4 qui illustrent d'autres variantes du moteur à combustion interne selon l'invention.
Sur la figure 1 , le moteur à combustion interne 1 comprend au moins deux cylindres, ici quatre cylindres référencés 121 à 124 à partir de la gauche de la figure.
De manière préférentielle, ce moteur est un moteur à combustion interne à injection directe, notamment de type Diesel, mais cela n'écarte en aucune manière tout autre type de moteur à combustion interne.
Chaque cylindre comprend des moyens d'admission avec au moins une soupape d'admission contrôlant une tubulure d'admission 2. Les tubulures d'admission aboutissent à un collecteur d'admission 3 alimenté par un conduit d'alimentation 4 en air d'admission, tel que de l'air comprimé.
Chaque cylindre comprend aussi des moyens d'échappement des gaz brûlés avec au moins une soupape d'échappement contrôlant une tubulure d'échappement 5 aboutissant à un collecteur d'échappement 6.
Le collecteur d'échappement 6 aboutit à un turbocompresseur 7 utilisé pour la compression de l'air et plus particulièrement à la turbine de détente 8 de ce turbocompresseur.
Comme illustré sur la figure 1 , le turbocompresseur est un turbocompresseur à simple entrée.
L'invention ne se limite pas à un turbocompresseur simple entrée, elle est aussi applicable aux turbocompresseurs double entrées dit « Twin scroll », voire même à des turbocompresseurs à n entrée avec n supérieur ou égal à 2.
L'évacuation de gaz 9 de la turbine 8 est raccordée conventionnellement à la ligne d'échappement du moteur.
Le compresseur 10 du turbocompresseur 7 comporte une admission d'air extérieur 1 1 alimentée par une conduite d'alimentation. La sortie d'air comprimé de ce compresseur est reliée au conduit d'alimentation 4 du collecteur d'admission 3 par une conduite 12. On note 13 le point de jonction entre les conduits 4 et 12.
Avantageusement, il peut être prévu de placer un échangeur de refroidissement de l'air comprimé 14 sur la conduite 12, entre le compresseur 10 et la conduite 4. Comme mieux visible sur la figure 1 , un conduit de transfert 15 permet de faire circuler une partie de l'air comprimé sortant du compresseur 10 vers l'entrée de la turbine 8.
Plus précisément, ce conduit de transfert partiel prend naissance sur la conduite 12, à un point de d'intersection 1 6 entre le compresseur et l'échangeur de refroidissement 14, et se raccorde ensuite, à partir d'un point de bifurcation 17, sur une branche 18. La branche 18 aboutit à l'entrée de la turbine par sa jonction au point 19 avec la sortie de gaz d'échappement 6.
Un conduit 21 relie la branche 18 au conduit d'admission 4. Il passe préférentiellement par un échangeur 22 adapté au refroidissement des gaz d'échappement.
Des vannes 23 et 24, de préférence proportionnelles, équipent respectivement les conduits 15 et 21 .
La branche référencée 15 comporte également un clapet anti-retour 20 qui interdit la circulation des fluides des branches 18 et/ou 21 vers le compresseur 10.
Cette configuration permet ainsi, pendant le fonctionnement du moteur, de profiter des zones de basse pression échappement régnant ponctuellement dans le collecteur d'échappement pour introduire de l'air comprimé dans la turbine et augmenter ainsi le débit de cette turbine et par conséquent du compresseur. Cela permet également d'avoir une suralimentation plus efficace pour les bas régimes et notamment de gérer les phases transitoires avec des stratégies de contrôle des vannes proportionnelles adaptées. Durant le fonctionnement, en cas de besoin d'air en grande quantité dans les cylindres, la vanne 23 est commandée en ouverture pour introduire de l'air comprimé provenant du compresseur 10 dans la turbine 8, conjointement la vanne 24 est commandée en fermeture.
L'air comprimé sortant du compresseur 10 circule dans le conduit 15 puis dans la branche 18 pour aboutir à l'entrée de gaz d'échappement de la turbine 8 en y apportant un surplus de fluide à cette turbine. Ainsi, la turbine est parcourue non seulement par les gaz d'échappement venant du collecteur 5, mais également par de l'air comprimé qui vient s'ajouter à ces gaz. De ce fait, la rotation de la turbine est augmentée, ce qui entraine une augmentation de rotation du compresseur et, en conséquence, une augmentation de la pression de l'air comprimée qui sort de ce compresseur.
Dans cette configuration, l'air comprimé de la conduite 15 ne passe pas par l'échangeur 14, et le moteur fonctionne sans (EGR) puisque la vanne 24 est fermée.
Pour fonctionner avec recirculation des gaz d'échappement (EGR) dans le but de limiter les températures de combustion et donc les émissions de NOx, la vanne
23 est fermée et la vanne 24 est ouverte. Une portion des gaz d'échappement est introduite dans le conduit d'admission 4 par les branches 18 et 21 après son passage dans l'échangeur 22. Cela fonctionne quand la pression moyenne de l'échappement est supérieure à la pression moyenne de l'admission.
Il faut noter que les vannes 23 et 24 peuvent être remplacées par une vanne 3 voies dont la fonction sera équivalente pour contrôler les différents flux.
De plus, il est clair que la vanne 24 (dite vanne EGR) peut être placée en amont (figure 1 ) ou en aval (non représenté) de l'échangeur thermique 22.
Ainsi, dans la présente invention, on utilise au moins une portion d'un conduit communiquant d'un côté avec l'entrée de la turbine 8 et de l'autre avec l'admission d'air comprimé. Cette portion de conduit permet le passage de gaz d'échappement lorsque la vanne EGR 24 est ouverte et la vanne 23 est fermée. Egalement, elle permet le passage d'air comprimé lorsque la vanne 23 est ouverte et la vanne EGR
24 est fermée.
Ainsi, on obtient une architecture optimisée en termes de conduits. La variante de la figure 2 se distingue de la figure 1 par la mise en place d'une conduite de liaison 15a entre deux points de jonction 17 et 25 avec le conduit 21 . Cette conduite de liaison est munie de moyens de vannage 23, comme une vanne proportionnelle, et d'un clapet anti-retour 20.
Selon cette variante, l'air comprimé du circuit Boost passe par l'échangeur 14 puis par l'échangeur 22 de l'EGR, la conduite de liaison 15a et la branche 18. Un des avantages réside dans le fait que la circulation de l'air du circuit Boost à contre- courant dans l'échangeur 22 de l'EGR permet un décrassage ou/et un décolmatage de celui-ci.
Les figures 3 et 4, qui comportent pour l'essentiel les mêmes éléments que ceux de la figure 1 , décrivent des variantes d'arrangement selon l'invention, qui utilisent un élément de vannage 30 de type à boisseau incluant une boite à clapet, pour réaliser les diverses fonctions de circulation, selon que l'on soit en EGR ou en Boost. L'homme du métier sera apte à choisir les composants adaptés.
Plus précisément, sur la figure 3, une vanne 30, par exemple de type 3 voies à boisseau, est intercalée en aval de l'échangeur EGR 22 sur le conduit EGR 21 . La commande de cette vanne 30 permet le passage de gaz d'échappement vers le conduit d'admission d'air comprimé 4 par le point de jonction 13. Un conduit 15b, qui relie la vanne 30 à la branche 18, est alors fermé.
L'autre position de la vanne 30 autorise le passage d'une portion d'air comprimé par le conduit 15b vers la branche 18 pour « Booster » la turbine 8. Ainsi, l'air de « Boost » a traversé l'échangeur 14, sans passer par l'échangeur EGR 22.
Une variante, représentée par le conduit 15c en pointillés sur la figure 3, montre la vanne 30 reliée au point de jonction 1 6 en amont de l'échangeur 14 de l'air comprimé. La vanne 30 n'est ici pas reliée au point de jonction 13. L'air du circuit Boost est ici conduit en direct vers la turbine 8. Par contre le gaz d'échappement du circuit EGR passe par les échangeurs 22 et 14 en rejoignant le point de jonction 16 de la conduite d'air comprimé. La figure 4 décrit une autre variante où la vanne 30 est reliée au point de jonction 13 pour conduire les fluides la traversant vers le conduit d'admission d'air comprimé 4. Cette vanne trois voies est alimentée en air du circuit Boost par un conduit relié au point de jonction 16 en amont de l'échangeur 14, et en gaz d'échappement EGR par la branche 18. Ainsi, le conduit commun EGR et « Boost » comprend la branche 18 et l'échangeur EGR. On note, comme représenté par la référence 22a, que l'échangeur EGR peut être placé en aval de la vanne 30 avant le point de jonction 13. Un clapet anti retour 32 peut être placé en aval de l'échangeur 14 pour bloquer le gaz d'échappement dans le cas du fonctionnement EGR.
Selon l'invention décrite en exemple par les figures 1 à 4, au moins une portion du conduit EGR, généralement intégré dans le collecteur d'échappement mais pouvant l'être également dans la culasse, est utilisée pour amener une portion d'air comprimé à l'entrée de la turbine afin d'obtenir un circuit « Boost ».

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de contrôle de la quantité d'air introduit à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant un système de suralimentation comportant un turbocompresseur (7) avec une turbine (8) connectée à au moins une sortie de gaz d'échappement dudit moteur ainsi qu'un compresseur (10) d'air extérieur, un conduit de transfert partiel (15, 18) de l'air comprimé du compresseur vers l'entrée de la turbine, et un conduit de recirculation de gaz brûlés (18, 21 ) entre une sortie de gaz d'échappement et une conduite d'admission d'air comprimé (4), caractérisé en ce que ledit conduit de transfert partiel et ledit conduit de recirculation de gaz brûlés comportent au moins une portion commune (18).
2. Dispositif selon la revendication 1 , qui comporte un système de vannage commandé sur le circuit de transfert partiel d'air comprimé et sur le circuit EGR pour contrôler la recirculation des gaz d'échappement ou pour contrôler le transfert partiel d'air comprimé vers la turbine (8).
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de vannage comprend au moins une vanne sur le circuit pour la recirculation des gaz d'échappement EGR (24) et une vanne (23) sur le conduit de transfert partiel.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le conduit de transfert partiel est relié soit en amont, soit en aval d'un échangeur thermique (14) sur le conduit d'air comprimé.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le système de vannage comporte au moins une vanne trois voies (30).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le conduit de transfert partiel comprend un échangeur pour la recirculation des gaz d'échappement (22). Méthode de contrôle de la quantité d'air introduit à l'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant un système de suralimentation comportant un turbocompresseur (7) avec une turbine (8) connectée à au moins une sortie de gaz d'échappement dudit moteur ainsi qu'un compresseur (10) d'air extérieur, un conduit de transfert partiel (15, 18) de l'air comprimé du compresseur vers l'entrée de la turbine, et un conduit pour la recirculation des gaz d'échappement (18, 21 ) entre une sortie de gaz d'échappement et une conduite d'admission d'air comprimé (4), caractérisée en ce que l'on utilise une portion commune de conduit pour ledit conduit de transfert partiel et ledit conduit pour la recirculation des gaz d'échappement.
Méthode selon la revendication 7, dans laquelle on commande un système de vannage pour réaliser soit la recirculation des gaz d'échappement, soit le transfert partiel d'air comprimé.
Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 et de la méthode selon l'une des revendications 7 ou 8 à un moteur Diesel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3085439B1 (fr) * 2018-08-30 2021-07-16 Ifp Energies Now Dispositif et systeme de controle d'un moteur a combustion interne avec double admission et balayage
US11846257B2 (en) 2021-05-03 2023-12-19 Deere & Company Engine system with reversible exhaust gas recirculation pump for controlling bypass flow
US11591992B2 (en) 2021-05-05 2023-02-28 Deere & Company Engine system with air pump for enhanced turbocharger air exchange
US11572824B2 (en) 2021-05-13 2023-02-07 Deere & Company Electrified engine boost components for mitigating engine stalling in a work vehicle
US11536213B2 (en) 2021-05-19 2022-12-27 Deere & Company Engine system with electrified air system components for managing emissions of nitrogen oxides in a work vehicle
US11572673B2 (en) 2021-06-25 2023-02-07 Deere & Company Work vehicle power system with decoupled engine air system components
US11939929B2 (en) 2021-08-19 2024-03-26 Deere &Company Engine electrified air system including electric turbocharger and exhaust gas recirculation pump

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2706696C2 (de) * 1977-02-17 1982-04-29 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh, 7990 Friedrichshafen Verfahren zum Anlassen der Brennkammer einer Brennkraftmaschine
FR2478736A1 (fr) 1980-03-21 1981-09-25 Semt Procede et systeme de generation de puissance par moteur a combustion interne suralimente
AT2540U1 (de) * 1997-12-16 1998-12-28 Avl List Gmbh Brennkraftmaschine mit mindestens einem verdichter zur vorverdichtung der ansaugluft
US6470864B2 (en) 2000-03-27 2002-10-29 Mack Trucks, Inc. Turbocharged engine with exhaust gas recirculation
AT5139U1 (de) * 2000-08-31 2002-03-25 Avl List Gmbh Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine
FR2900198A1 (fr) * 2006-04-21 2007-10-26 Renault Sas Moteur pour vehicule automobile
US8096125B2 (en) * 2009-12-23 2012-01-17 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for emission system control
US8099957B2 (en) * 2010-03-31 2012-01-24 Ford Global Technologies, Llc Dual-inlet supercharger for EGR flow control
US9163555B2 (en) * 2012-12-06 2015-10-20 Ford Global Technologies, Llc Compressor bypass turbine-generator
US9556771B2 (en) * 2013-01-16 2017-01-31 Ford Global Technologies, Llc Method and system for catalyst temperature control
US9080506B2 (en) * 2013-08-13 2015-07-14 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for boost control
US20180066610A1 (en) * 2016-09-06 2018-03-08 Borgwarner Inc. Dedicated egr engine with dedicated loop turbocharger

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