FR2819855A1 - Auxiliary drive, for motor vehicle turbo-supercharger, has control connected to motor with step up transformer for battery - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un dispositif d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique. The present invention relates to a device for assisting a turbocharger of an internal combustion engine.
Les moteurs suralimentés de ce type sont par exemple utilisés dans les véhicules automobiles. Supercharged engines of this type are for example used in motor vehicles.
Un turbocompresseur comprend de manière classique une turbine de compression montée pour pivoter dans une tubulure d'admission du moteur thermique et reliée par un arbre à une turbine d'entraînement montée pour pivoter dans une tubulure d'échappement du moteur thermique de telle manière que les gaz d'échappement mettent en rotation la turbine d'entraînement qui entraîne ainsi la turbine de compression. A turbocharger conventionally comprises a compression turbine mounted to pivot in an intake manifold of the engine and connected by a shaft to a drive turbine mounted to pivot in an exhaust manifold of the engine so that the exhaust gases rotate the drive turbine which thus drives the compression turbine.
Pour notamment améliorer le temps de réponse du turbocompresseur, il est connu d'associer au turbocompresseur un dispositif d'assistance. Le dispositif d'assistance comprend un moteur électrique d'assistance couplé à l'arbre du turbocompresseur et relié à un organe de commande raccordé à une batterie du véhicule automobile utilisée pour alimenter également d'autres équipements électriques du véhicule. Le moteur électrique alimenté par la batterie via l'organe de commande délivre un couple additionnel à celui fourni par la détente des gaz d'échappement dans la turbine. In particular, in order to improve the response time of the turbocharger, it is known to associate an assistance device with the turbocharger. The assistance device comprises an electric assistance motor coupled to the shaft of the turbocharger and connected to a control member connected to a battery of the motor vehicle used to also supply other electrical equipment of the vehicle. The electric motor powered by the battery via the control unit delivers additional torque to that provided by the expansion of the exhaust gases in the turbine.
Cependant, pour un fonctionnement performant du turbocompresseur, il est nécessaire pour lancer rapidement le moteur électrique d'assistance d'alimenter celui-ci avec un courant électrique de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères. Or, avec un tel courant, les pertes de charge dans le circuit sont importantes de sorte que l'énergie électrique fournie par la batterie au moteur électrique a une tension insuffisante pour assurer un lancement rapide du moteur électrique d'assistance. En outre, l'énergie électrique fournie par la batterie est insuffisante pour lancer le moteur électrique d'assistance au turbocompresseur et alimenter les autres However, for efficient operation of the turbocharger, it is necessary to rapidly start the electric assistance motor to supply the latter with an electric current of the order of several hundred amperes. However, with such a current, the pressure drops in the circuit are significant so that the electric energy supplied by the battery to the electric motor has an insufficient voltage to ensure rapid launching of the electric assistance motor. In addition, the electric energy supplied by the battery is insufficient to start the electric assistance motor for the turbocharger and to supply the others.
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équipements électriques embarqués à bord du véhicule. L'alimentation du moteur électrique d'assistance est alors effectuée au dépend des autres équipements électriques embarqués. Une solution consisterait à utiliser une batterie plus puissante. Toutefois, les appels d'énergie électrique pour le lancement du moteur d'assistance étant brefs, la batterie serait alors surdimensionnée par rapport à la demande courante d'énergie électrique et serait en outre coûteuse, encombrante et relativement lourde. electrical equipment on board the vehicle. The supply of the assistance electric motor is then carried out at the expense of the other on-board electrical equipment. One solution would be to use a more powerful battery. However, the calls for electrical energy for the launching of the assistance motor being brief, the battery would then be oversized in relation to the current demand for electrical energy and would also be expensive, bulky and relatively heavy.
Un but de l'invention est de fournir un moyen simple et économique pour alimenter le moteur électrique d'assistance en assurant un fonctionnement performant de celui-ci et en préservant la qualité de l'alimentation d'autres équipements raccordés à la batterie. An object of the invention is to provide a simple and economical means for supplying the electric assistance motor by ensuring efficient operation thereof and by preserving the quality of the supply of other equipment connected to the battery.
A cet effet, le dispositif d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique comprend un moteur électrique d'assistance, un organe de commande relié au moteur électrique et pourvu de moyens de raccordement à une batterie associée au moteur thermique, et au moins un moyen de stockage d'énergie électrique associé à un élévateur de tension et relié à l'organe de commande pour emmagasiner de l'énergie électrique à une tension supérieure à une tension de l'énergie électrique fournie par la batterie. To this end, the device for assisting a turbocharger of a heat engine comprises an electric assist motor, a control member connected to the electric motor and provided with means for connection to a battery associated with the heat engine, and at least one means. electric energy storage associated with a voltage booster and connected to the control member to store electrical energy at a voltage greater than a voltage of the electrical energy supplied by the battery.
Le moyen de stockage d'énergie électrique peut alors être utilisé pour alimenter le moteur électrique d'assistance soit en totalité soit partiellement avec la batterie. Le moyen de stockage peut être rechargé en énergie électrique de manière particulièrement simple soit par l'intermédiaire du moteur électrique d'assistance fonctionnant alors en générateur, soit par l'intermédiaire de la batterie. The electrical energy storage means can then be used to power the electric assistance motor either wholly or partially with the battery. The storage means can be recharged with electrical energy in a particularly simple manner either by means of the electric assistance motor then operating as a generator, or by means of the battery.
Selon un mode de réalisation avantageux, le moyen de stockage comprend au moins un élément capacitif, et According to an advantageous embodiment, the storage means comprises at least one capacitive element, and
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l'élévateur de tension comprend de préférence au moins un bobinage du moteur électrique relié à cet effet à l'élément capacitif du moyen de stockage. the voltage booster preferably comprises at least one winding of the electric motor connected for this purpose to the capacitive element of the storage means.
Ainsi, le bobinage du moteur électrique assure, outre sa fonction motrice habituelle, une fonction d'élévation de tension, ce qui permet d'avoir une structure de l'élévateur de tension qui est particulièrement simple et qui présente un encombrement limité. Thus, the winding of the electric motor provides, in addition to its usual driving function, a voltage raising function, which makes it possible to have a structure of the voltage booster which is particularly simple and which has a limited bulk.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the following description of a particular non-limiting embodiment of the invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur thermique turbocompressé, - la figure 2a et b est une vue schématique du circuit du dispositif d'assistance conforme à l'invention. Reference will be made to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic view of a turbocharged thermal engine, - Figure 2a and b is a schematic view of the circuit of the assistance device according to the invention.
L'invention est ici décrite en relation avec un moteur thermique turbocompressé de véhicule automobile. The invention is described here in relation to a turbocharged thermal engine of a motor vehicle.
En référence à la figure 1, le moteur thermique turbocompressé, généralement désigné en 1, comprend de façon connue en elle-même, un bloc moteur 2 auquel sont reliés un collecteur d'admission 3 et un collecteur d'échappement 4. Le moteur thermique 1 comprend également une batterie 5 utilisée pour fournir une énergie électrique à une tension prédéterminée, généralement de l'ordre de 12 volts, aux équipements électriques du véhicule automobile auxquels elle est reliée. With reference to FIG. 1, the turbocharged thermal engine, generally designated at 1, comprises, in a manner known per se, an engine block 2 to which an intake manifold 3 and an exhaust manifold 4. are connected. 1 also includes a battery 5 used to supply electrical energy at a predetermined voltage, generally of the order of 12 volts, to the electrical equipment of the motor vehicle to which it is connected.
Le moteur thermique 1 comprend un turbocompresseur généralement désigné en 6 qui comporte de façon connue en elle-même une turbine de compression 7 montée pour pivoter dans le collecteur d'admission 3 et The heat engine 1 comprises a turbocharger generally designated at 6 which comprises, in a manner known per se, a compression turbine 7 mounted to pivot in the intake manifold 3 and
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reliée par un arbre 8 à une turbine d'entraînement 9 montée pour pivoter dans le collecteur d'échappement 4. De manière classique, les gaz d'échappement qui se détendent dans le collecteur d'échappement 4 entraînent la turbine d'entraînement 9 en rotation. Ce mouvement de rotation est transmis par l'arbre 8 à la turbine de compression 7 qui comprime le mélange gazeux d'admission. connected by a shaft 8 to a drive turbine 9 mounted to pivot in the exhaust manifold 4. Conventionally, the exhaust gases which expand in the exhaust manifold 4 drive the drive turbine 9 by rotation. This rotational movement is transmitted by the shaft 8 to the compression turbine 7 which compresses the gaseous intake mixture.
Un dispositif d'assistance, généralement désigné en 10, est associé au turbocompresseur 6. An assistance device, generally designated at 10, is associated with the turbocharger 6.
Le dispositif d'assistance 10 comprend un moteur électrique 11 raccordé à l'arbre 7 pour entraîner celuici en rotation afin de fournir un couple additionnel s'ajoutant à celui fourni par les gaz d'échappement. Le moteur électrique 11 comprend un rotor relié à l'arbre 8 et monté pour pivoter dans un stator, et présente une architecture classique qui comporte, dans l'exemple décrit, trois bobinages 12.1, 12.2, 12.3 reliés en triangle. The assistance device 10 includes an electric motor 11 connected to the shaft 7 to drive it in rotation in order to provide additional torque added to that provided by the exhaust gases. The electric motor 11 comprises a rotor connected to the shaft 8 and mounted to pivot in a stator, and has a conventional architecture which comprises, in the example described, three windings 12.1, 12.2, 12.3 connected in a triangle.
Un organe de commande portant la référence générale 13 est relié au moteur électrique 11 et à la batterie 5 du véhicule automobile. A control member bearing the general reference 13 is connected to the electric motor 11 and to the battery 5 of the motor vehicle.
L'organe de commande 13 comprend trois branches 14,15, 16 parallèles reliées aux bornes 5.1, 5.2 de la batterie 5. Chaque branche 14,15, 16 comprend deux interrupteurs en série respectivement référencés 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b et reliés l'un à l'autre en un point de raccordement 14. c, 15. c, 16. c. Les branches 14,15, 16 sont connectées aux bobinages 12.1, 12.2, 12.3 de telle manière que le bobinage 12.1 soit connecté aux points de raccordement 14. c, 15. c, le bobinage 12.2 soit connecté aux points de raccordement 15. c, 16. c, et le bobinage 12.3 soit connecté aux points de raccordement 16. c, 14. c. Les interrupteurs 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b sont pilotés de façon connue en soi pour permettre l'alimentation en énergie électrique des The control member 13 comprises three parallel branches 14, 15, 16 connected to the terminals 5.1, 5.2 of the battery 5. Each branch 14, 15, 16 comprises two switches in series respectively referenced 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b and connected to each other at a connection point 14. c, 15. c, 16. c. The branches 14, 15, 16 are connected to the windings 12.1, 12.2, 12.3 in such a way that the winding 12.1 is connected to the connection points 14. c, 15. c, the winding 12.2 is connected to the connection points 15. c, 16. c, and the winding 12.3 is connected to the connection points 16. c, 14. c. The switches 14.a, 14.b, 15.a, 15.b, 16.a, 16.b are controlled in a manner known per se to allow the supply of electrical energy to the
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bobinages 12. 1, 12. 2, 12. 3 successivement de manière à mettre le rotor du moteur électrique 12 en rotation par rapport au stator. windings 12. 1, 12. 2, 12. 3 successively so as to put the rotor of the electric motor 12 in rotation relative to the stator.
Le dispositif d'assistance 10 comprend également un moyen de stockage d'énergie électrique représenté ici sous la forme d'un élément capacitif 17 monté entre les bornes 5.1 et 5.2 de la batterie 5 en parallèle aux branches 14,15, 16. L'élément capacitif 17 est relié à la borne 5.1 par une diode 18 montée selon un sens passant de la borne 5.1 vers l'élément capacitif 17, et en parallèle de laquelle est monté un interrupteur 19. The assistance device 10 also includes an electrical energy storage means shown here in the form of a capacitive element 17 mounted between the terminals 5.1 and 5.2 of the battery 5 in parallel with the branches 14, 15, 16. The capacitive element 17 is connected to terminal 5.1 by a diode 18 mounted in a direction passing from terminal 5.1 to the capacitive element 17, and in parallel with which a switch 19 is mounted.
L'élément capacitif 17 est relié à la borne 5.2 directement. The capacitive element 17 is connected to the terminal 5.2 directly.
La borne 5.1 de la batterie 5 est reliée à la diode 18, à l'interrupteur 19 et aux branches 14,15, 16 par l'intermédiaire d'un interrupteur 20. The terminal 5.1 of the battery 5 is connected to the diode 18, to the switch 19 and to the branches 14, 15, 16 by means of a switch 20.
Au début du fonctionnement du véhicule et plus généralement lorsque le moteur électrique 11 est à l'arrêt ou entraîné à une faible vitesse par la turbine d'entraînement 9, il est procédé à la charge de l'élément capacitif 17 par la batterie 5. At the start of vehicle operation and more generally when the electric motor 11 is stopped or driven at a low speed by the drive turbine 9, the capacitive element 17 is charged by the battery 5.
Pour ce faire, les interrupteurs 14. b, 15. a, 16. a, 16. b et 19 sont ouverts et les interrupteurs 14. a, 15. b et 20 sont fermés (voir la figure 2a) pour alimenter en énergie électrique les bobinages 12.1, 12.2 et 12.3 par la batterie 5 et provoquer une excitation de ceux-ci. To do this, the switches 14.b, 15.a, 16.a, 16.b and 19 are open and the switches 14.a, 15.b and 20 are closed (see Figure 2a) to supply electrical energy. the windings 12.1, 12.2 and 12.3 by the battery 5 and cause an excitation thereof.
Puis les interrupteurs 14. a, 15. b et 20 sont ouverts et les interrupteurs 14. b et 15. a sont fermés (figure 2b) pour décharger l'énergie stockée dans les bobinages dans l'élément capacitif 17 au travers de la diode 18. Les bobinages du moteur électrique Il sont alors utilisés en élévateur de tension de sorte que l'énergie électrique emmagasinée dans l'élément capacitif 17 est à une tension supérieure à celle de l'énergie électrique fournie par la batterie 5. Then the switches 14.a, 15.b and 20 are open and the switches 14.b and 15.a are closed (Figure 2b) to discharge the energy stored in the windings in the capacitive element 17 through the diode 18. The windings of the electric motor They are then used as a voltage booster so that the electric energy stored in the capacitive element 17 is at a voltage higher than that of the electric energy supplied by the battery 5.
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Lorsque le conducteur du véhicule accélère et que le moteur électrique 11 d'assistance au turbocompresseur doit être mis en rotation pour entraîner le turbocompresseur 6, l'interrupteur 20 étant ouvert, l'interrupteur 19 est fermé et les interrupteurs 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b sont pilotés de façon connue en soi pour connecter successivement les bobinages 12.1, 12.2, 12.3 à l'élément capacitif 17 de manière à entraîner le rotor du moteur électrique 12 en rotation par rapport au stator. Une fois le moteur électrique lancé, l'interrupteur 20 est fermé et la batterie 5 assure l'alimentation électrique du moteur électrique 11 pour maintenir celui-ci en rotation tant que l'énergie des gaz d'échappement est insuffisante pour entraîner la turbine d'entraînement 9. When the driver of the vehicle accelerates and the electric motor 11 for assisting the turbocharger must be rotated to drive the turbocharger 6, the switch 20 being open, the switch 19 is closed and the switches 14. a, 14. b, 15. a, 15. b, 16. a, 16. b are controlled in a manner known per se to successively connect the windings 12.1, 12.2, 12.3 to the capacitive element 17 so as to drive the rotor of the electric motor 12 rotating relative to the stator. Once the electric motor has started, the switch 20 is closed and the battery 5 provides the electric power to the electric motor 11 to keep it in rotation as long as the energy of the exhaust gases is insufficient to drive the turbine d training 9.
Lorsque le turbocompresseur 6 est entraîné par les gaz d'échappement, le moteur électrique 11 peut être utilisé en tant que générateur pour recharger l'élément capacitif 17. When the turbocharger 6 is driven by the exhaust gases, the electric motor 11 can be used as a generator to recharge the capacitive element 17.
Les interrupteurs 19 et 20 étant ouverts, les interrupteurs 14. a, 14. b, 15a, 15. b, 16. a, 16. b sont pilotés pour permettre aux bobinages 12.1, 12.2, 12.3 d'être excités et mis en surtention pour fournir successivement de l'énergie électrique à l'élément capacitif 17 à une tension supérieure à celle de la batterie 5. The switches 19 and 20 being open, the switches 14.a, 14.b, 15a, 15.b, 16.a, 16.b are controlled to allow the windings 12.1, 12.2, 12.3 to be energized and put in overvoltage to successively supply electrical energy to the capacitive element 17 at a voltage greater than that of the battery 5.
L'énergie électrique emmagasinée dans l'élément capacitif 17 peut alors être utilisée comme décrit précédemment pour alimenter le moteur électrique 11 après un arrêt de celui-ci. The electrical energy stored in the capacitive element 17 can then be used as described above to power the electric motor 11 after it has stopped.
Cette énergie électrique peut également être utilisée pour recharger la batterie 5 en fermant les interrupteurs 20 et 19 et en ouvrant les interrupteurs 14. a, 14. b, 15a, 15. b, 16. a, 16. b de manière que l'élément capacitif 17 se décharge dans la batterie 5. La This electrical energy can also be used to recharge the battery 5 by closing the switches 20 and 19 and by opening the switches 14. a, 14. b, 15a, 15. b, 16. a, 16. b so that the capacitive element 17 discharges into the battery 5. The
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batterie 5 peut également être rechargée par le moteur électrique Il utilisé comme générateur de la même façon que pour charger l'élément capacitif 17. La batterie 5 peut être aussi rechargée de façon connue en soi par un alternateur non représenté entraîné par le moteur thermique 1. battery 5 can also be recharged by the electric motor It used as a generator in the same way as for charging the capacitive element 17. Battery 5 can also be recharged in a manner known per se by an alternator not shown driven by the heat engine 1 .
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Of course, the invention is not limited to the embodiment described and it is possible to make variant embodiments without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
En particulier, le moteur électrique peut avoir une architecture différente de celle décrite et notamment une architecture en étoile. In particular, the electric motor may have an architecture different from that described and in particular a star architecture.
En outre, le moyen de stockage d'énergie peut être utilisé pour assister la batterie lors du lancement du moteur électrique. A titre indicatif, pour un moteur nécessitant pour son lancement d'être alimenté par un courant de 400 A, l'élément capacitif 17 sera dimensionné pour fournir au minimum 300 A environ et la batterie au maximum 100 A environ. Le moyen de stockage peut avoir une structure différente de celle décrite et par exemple incorporer plusieurs éléments capacitifs de type condensateur. De plus, plusieurs moyens de stockage peuvent être utilisés pour emmagasiner de l'énergie à des tensions différentes. In addition, the energy storage means can be used to assist the battery when the electric motor is launched. As an indication, for a motor requiring for its launching to be supplied by a current of 400 A, the capacitive element 17 will be dimensioned to supply at least approximately 300 A and the battery at most approximately 100 A. The storage means can have a structure different from that described and for example incorporate several capacitive elements of the capacitor type. In addition, several storage means can be used to store energy at different voltages.
Par ailleurs, un ou plusieurs bobinages du moteur électrique peuvent être utilisés dans l'élévateur de tension. Furthermore, one or more windings of the electric motor can be used in the voltage booster.
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Legal Events
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