FR2853011A1 - Moteur alternatif a recirculation de gaz brules destine a la propulsion des vehicules automobiles et procede de turbocompression de ce moteur - Google Patents

Moteur alternatif a recirculation de gaz brules destine a la propulsion des vehicules automobiles et procede de turbocompression de ce moteur Download PDF

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Abstract

Moteur alternatif utilisé entre des régimes minimum et maximum, avec groupe de turbocompression (2) dimensionné pour être en fonctionnement autonome quand :> Il alimente en air le collecteur d'admission (8) via un réfrigérant> Il est alimenté en gaz d'échappement (9, CR et CT)> La pression d'alimentation turbine (P3) est égale à celle du compresseur (P2).caractérisé par le fait que la pression turbine (P3) est maintenue égale à la pression compresseur (P2) par un by-pass EGR (3) entre le collecteur d'admission (8) et d'échappement (9) sans perte de charge significative, le volume d'air refroidi Vc est inférieur au volume aspiré par le moteur au régime Nmax, du gaz chaud étant réaspiré par le moteur via le by-pass (3) au-dessus du régime Na d'adaptation de la compression, et un débit d'air est détourné vers la turbine au-dessous du régime Na.

Description

Problème posé.
Dans le passé, les cycles thermodynamiques des moteurs automobiles étaient optimisés pour le rendement et la puissance spécifique.
Aujourd'hui, aux critères de rendement et de puissance spécifique s'ajoutent les contraintes de dépollution et particulièrement l'élimination des NOX.Ces contraintes sont aujourd'hui limitées aux conditions d'utilisation urbaine du moteur et à des parcours routiers à faible puissance. Le durcissement prévisible de la réglementation conduit à étendre le domaine 10 d'utilisation dépollué du moteur.
Le domaine dépollué est aujourd'hui limité à 50% du régime maximal et 50% du couple maximal, le moteur étant alimenté en air frais dans le domaine des couples et des puissance élevés.
De nombreuses techniques de dépollution par post traitement des gaz 15 rejetés dans l'atmosphère sont utilisées ou en cours de développement, tels les catalyseurs d'oxydo-réduction et les filtres à particules et à NOX régénérables.
Parmi les polluants, les plus difficiles à post traiter en présence d'oxygène sont les NOX qu'on cherche à éliminer à la source en diluant l'air 2 0 frais par des gaz brûlés (EGR) recirculés extérieurement ou recyclés intérieurement. Pour limiter suffisamment la température de flamme le taux massique de EGR doit atteindre 50% de la masse thermodynamique présente dans le cylindre.
L'inconvénient de ce procédé est de réduire de 50% le volume 2 5 disponible dans le cylindre pour accueillir l'air frais nécessaire pour la combustion. Le rétablissement de la puissance impose donc de doubler la pré compression de la charge comburante par la turbocompression.
Par ailleurs, un moteur automobile turbocompressé doit fournir le couple de décollage du véhicule au régime d'embrayage et son couple 30 maximal à un régime aussi bas que possible. La pression de suralimentation doit donc s'établir très rapidement quand le moteur passe du régime de ralenti au régime d'embrayage.
Etat de l'art L'industrie recherche des turbomachines capables de délivrer un volume d'air variable à une pression d'air constante de 2,5 bars environ sur toute la plage utile des régimes (nombre de tours/minute) du moteur qui s'étend aujourd'hui de 1 à 4 environ.
Ce niveau de pression relève d'un seul étage de compression avec un diagramme caractéristique aussi large que possible.
La section débitante de la turbine doit varier dans les mêmes proportions que le débit d'air.
La solution la plus performante à ce jour est la turbine à distributeur 15 variable qui peut couvrir une plage de 1 à 3 homogène avec la largeur maximale du champ compresseur.
Aux extrémités de cette plage le rendement du compresseur est environ 60% et celui de la turbine 50%.Ces rendements s'améliorent vers le centre de la plage pour atteindre respectivement 75% et 65%.
Un quart de la plage de régime du moteur n'est donc pas couverte par le compresseur. Le couple à bas régime est en général favorisé et la puissance décroît à partir de 75% du régime maximal.
Une autre solution consiste à bypasser la turbine par une vanne pilotée appelée waste gate. La plage de débit va seulement de 1 à 2. Le 25 rendement de détente décroît entre le débit minimal et le débit maximal.
Ces solutions à bas rendement énergétique sont suffisantes à pression modérée o l'enthalpie disponible dans les gaz d'échappement est excessive.
Pour une pression double, le rendement global de turbocompression doit être amélioré.
Le recyclage externe de gaz refroidis est géré par une vanne EGR (exhaust gas recirculation) pilotée qui dérive vers l'admission une fraction refroidie du débit de gaz émis par le moteur dans le domaine dépollué exclusivement. Quand cette fraction dépasse une limite, la température 5 d'échappement devient insuffisante pour assurer l'équilibre énergétique turbine compresseur.
Pour compenser ce manque de température aux bas régimes dépollués, on accroît le taux de détente en diminuant la section de la turbine au prix d'une dégradation du rendement indiqué. Quand le régime augmente, 10 le distributeur ou la waste gate s'ouvrent progressivement pour diminuer le taux d'EGR et limiter la contre pression.
Ces opérations s'effectuent avec un mauvais rendement énergétique dû aux pertes d'énergie dans la waste gate ou dans le distributeur variable de la turbine. De plus, la contre pression augmente la consommation du moteur 15 sur la plage de fonctionnement dépollué très utilisée en conduite urbaine.
La géométrie variable de la turbine est très sollicitée en conduite urbaine.
Pour améliorer le rendement de détente il faut s'en tenir à des turbines à géométrie fixe et limiter les fonctionnements avec laminage des 2 0 écoulements.
La compression en deux étages permet de générer des pressions élevées en profitant de la réfrigération entre étages qui diminue le travail de compression.
Pour générer la pression nécessaire pour le couple de décollage du 2 5 véhicule, la section de la turbine haute pression HP doit être suffisamment petite pour détendre efficacement le débit de gaz émis par le moteur au régime d'embrayage, soit environ 20% du débit volume au régime maximal.
Pour limiter la contrepression d'échappement aux régimes élevés il faut augmenter la section offerte aux gaz quand le régime augmente.
Le procédé R2S de la société 3K WARNER prévoit un montage en série des deux compresseurs et des deux turbines. Pour accroître la section offerte aux gaz,on transfère progressivement le débit de gaz de la petite turbine HP vers la grande turbine basse pression BP au prix d'une perte 5 d'énergie dans le by-pass régulé de la turbine haute pression. L'augmentation de section offerte aux gaz est limitée à la section de la turbine BP. De plus l'ouverture du by-pass annule le taux de détente de la turbine HP qui n'entraîne plus le compresseur HP qui constitue un étranglement qu'il faut bypasser.
La turbocompression séquencielle prévoit le montage en parallèle des turbocompresseurs et des turbines. Un seul turbocompresseur est actif à bas régime alors que les deux compresseurs sont actifs à haut régime.
La transition se fait aux régimes intermédiaires très utilisés avec une chute du rendement de turbocompression.
Cette solution a l'avantage d'offrir aux gaz une section maximale égale à la somme des deux turbines.
Comme précédemment la transition se fait avec une perte d'énergie par laminage dans une zone très utilisée.
De plus, la pression d'air est limitée comme dans le cas du 2 0 turbocompresseur unique.
Dans les deux cas précédents certaines transitions impliquent l'accélération d'un des rotors qui peut s'avérer trop lente dans les transitoires rapides de la conduite urbaine.
Pour éviter les discontinuités, la demande de brevet N'WO/0248510 2 5 décrit un procédé de turbocompression non régulé à deux étages à géométrie fixe montés en série o la pression dans le cylindre est limitée par la perte de charge créée par des orifices d'admission sous dimensionnés. Cette solution très simple améliore les performances à bas régime au détriment des performances à haut régime o les pertes par pompage sont élevées, la 3 0 pression d'échappement étant proportionnelle au régime.
La présente invention concerne un procédé de turbocompression utilisant les avantages des configurations série et parallèle dans une stratégie originale de recyclage des gaz.
-5 Buts de l'invention Accroître le taux d'EGR et/ou la puissance et le couple du moteur en augmentant la pression de suralimentation par le montage en série de deux compresseurs avec réfrigération de l'air entre les compresseurs, supprimer la 10 chute de puissance à haut régime, réduire le délai de prise de couple à partir du ralenti et aux reprises, améliorer la combustion et la dépollution catalytique après le démarrage à froid et aux très faibles puissances, exploiter la technologie mature des waste gate en limitant les modes de fonctionnement avec vannage des flux gazeux, réduire le rapport volumétrique pour 15 respecter la pression maximale autorisée dans le cylindre en conservant les aptitudes au démarrage et au ralenti silencieux en ambiance froide, étendre le domaine dépollué du champs d'utilisation du moteur.
Description de l'invention
Un moteur à turbocompression double, à recyclage des gaz brûlés et à calage variable des soupapes comporte un grand nombre de paramètres de fonctionnement qui interagissent entre eux.
La structure comporte un nombre limité d'organes de pilotage pour 2 5 créer des relations entre les paramètres gérées par le calculateur de contrôle moteur. Ces relations permettent de générer un très grand nombre de modes de fonctionnement du moteur.
L'invention consiste dans des relations inter-paramètres nouvelles et les moyens de les mettre en oeuvre.
Compte tenu de la complexité des interactions concernées, l'invention sera décrite par ses concepts généraux et plusieurs modes élémentaires non limitatifs de mise en oeuvre.
Pour faciliter l'exposé, l'invention sera décrite sur un moteur type dont 5 les éléments chiffrés sont approximatifs et n'ont pas fait l'objet d'une simulation numérique.
Il va de soi que les valeurs numériques sont données pour illustrer la description de l'invention et qu'elles n'ont aucun caractère limitatif.
Le principe de base est d'introduire dans le cylindre la masse d'air frais 1 0 nécessaire à la combustion à une température (Tadm) et à une pression (Padm) telles que le volume de cet air soit toujours inférieur au volume trappé à la fermeture des soupapes, pour laisser la place à une masse d'EGR, de préférence au moins équivalente dans la majorité du domaine de fonctionnement du moteur.
Dans la suite le volume Vm aspiré par le moteur est défini comme le produit du volume trappé par le nombre de cycles par minute que le cycle comporte 2 ou 4 temps.
L'invention prévoit de réaliser cette condition soit par réglage du volume Vc délivré par les compresseurs, soit par réglage du volume trappé si 20 le calage des soupapes est variable, soit par les deux réglages effectués successivement pour ne pas multiplier les régulations simultanées.
Pour optimiser le rendement de turbocompression et éviter les variations de géométrie dans les transitoires rapides, l'invention prévoit plusieurs configurations à géométrie fixe offrant plusieurs niveaux de 25 puissance avec le même couple maximal. On peut ainsi envisager une configuration ville, une configuration route et une configuration autoroute.
Pour les moteurs à calage fixe des soupapes, l'invention décrit des groupes de tubocompression permettant de moduler le volume Vc d'air refroidi entre 1 et 3 à pression sortie compresseur constante P2 choisie à titre 3 0 d'exemple pour les besoins de la description à 4,5 bars.
Pour les moteurs à calage variable des soupapes, l'invention prévoit de couvrir la plage de débit massique entre 1 et 2 en modulant la pression d'air P2 entre 4,5 bars et 9 bars à géométrie fixe donc à volume Vc sensiblement constant, puis en augmentant la section débitante de turbine Sd 5 de 50% seulement (au lieu de 300% précédemment) pour couvrir la plage de débit massique de 2 à 3 à P2 constante et à Vc variable.
Dans la majorité des modes l'invention prévoit de maintenir approximativement l'égalité de pression P2 à la sortie compresseur et P3 à l'entrée turbine afin d'effectuer le recyclage des gaz avec des pertes par 1 0 pompage minimales.
Cette relation a de plus l'avantage de positionner les turbomachines sur des lignes stationnaires de leurs diagrammes caractéristique pour une géométrie donnée.
Dans le cas du cycle à 2 temps o le balayage impose P2 > P3, le 15 volume du collecteur d'échappement est choisi suffisamment petit pour que P3 subisse des pulsations autour d'une valeur moyenne égale à P2. Le balayage s'effectue alors dans la fraction de période o P2 > P3 et le recyclage s'effectue quand P3 > P2.
Le volume Vc d'air refroidi débité par les compresseurs ne dépend 20 dans ces conditions que de la section débitante offerte aux gaz, c'est à dire de la géométrie des turbines et de leurs by-pass.
Pour une géométrie donnée ce volume est donc sensiblement constant pour toutes les charges et tous les régimes du moteur.
L'invention prévoit de dimensionner les turbomachines pour que Vc 2 5 soit toujours inférieur, et de préférence inférieur à la moitié du volume aspiré par le moteur dans son domaine dépollué. Pour le cahier des charges des moteurs modernes, ce volume correspond sensiblement au volume aspiré par le moteur au ralenti dans la configuration la plus fermée des turbines.
Nous fixerons le régime de ralenti à 700t/ mn pour les besoins de l'exposé.
Pour les moteurs à calage fixe des soupapes le volume d'air maximal sera donc le volume Vm aspiré par le moteur à 2100 t/ mn et pour les moteurs à calage variable, o P2 n'est plus limitée par le moteur, le volume Vm à 1050 t/ mn.
En mode propulsif, le volume aspiré par le moteur varie très rapidement avec le régime et le calage des soupapes. La présente invention prévoit de combler instantanément le volume non occupé par l'air frais Vm Vc, par une masse de gaz brûlés, de préférence au moins égale à la masse d'air frais, recyclés à une température compatible avec l'équilibre énergétique 10 entre les turbines et les compresseurs.
Cette température est définie par l'isochore supérieure du diagramme entropique.
En résumé, contrairement à l'art actuel qui impose au compresseur le volume d'air aspiré par le moteur, l'invention compense par l'EGR la 15 différence entre le volume aspiré par le moteur et le volume constant délivré par les turbomachines dans une configuration géométrique fixée. L'art actuel prévoit donc Vc = Vm en dehors du domaine dépollué, alors que l'invention prévoit Vm = Vc + Vegr (volume des gaz EGR) dans tout le domaine d'utilisation.
2 0 Cette stratégie permet de couvrir tout le domaine d'utilisation du moteur situé sous la courbe à P2 maximale autorisée pour le moteur considéré, sans avoir à modifier la géométrie du groupe de turbocompression. Cette courbe est décrite à puissance moteur constante proportionnelle à Vc et P2.
Quand la température du mélange comburant croît, le cycle se déplace vers la droite du diagramme entropie/ température.
En aspiration atmosphérique, I' EGR n'est pas refroidi pour placer le cycle moteur à droite du diagramme entropie/température, les charges partielles s'exécutant à température de fin de combustion constante et à 30 température de début de combustion variable.
La température d'échappement garde ainsi un niveau maximal favorable à l'établissement de la turbocompression et à la dépollution catalytique.
Suivant les cas, le mélange entre l'air frais et les gaz s'effectue dans le 5 conduit d'admission, dans le cylindre ou dans les deux. L'invention prévoit, de préférence, des dispositifs pour homogénéiser la charge comburante.
L'invention s'appuie sur la turbocompression en deux étages avec réfrigération de l'air en amont et en aval du compresseur haute pression.
Cette méthode de compression impose certaines relations entre le débit et la pression de l'air délivré qui dépendent des diagrammes caractéristiques des compresseurs.
Les moteurs automobiles modernes doivent fournir leur couple maximal à 25% du régime maximal.
L'idéal serait donc un débit volume Vc variant de 1 à 4 délivré à 15 pression double et sous un volume moitié du volume aspiré par le moteur.
Les turbines à distributeur variable permettent de couvrir une plage de 1 à 3 avec un rendement de 50% aux extrémités de la plage.
Les compresseurs associés à ces turbines paient en rendement cette souplesse de débit. Le rendement en extrémité de plage ne dépasse pas 2 0 60%.
Outre le fait que la plage désirée n'est pas atteinte, le rendement global de turbocompression est insuffisant pour doubler la pression de 2, 25 bars actuellement nécessaire pour le couple maximal sans recyclage de gaz.
Entre 25% et 75% du régime maximal le rendement de 25 turbocompression est suffisant pour maintenir la pression d'admission nominale, mais entre 75% et 100% elle s'effondre et avec elle, la puissance.
La généralisation d'un taux massique d'EGR de 50% réduirait de 50% le couple à bas régime et verrait l'effondrement de la puissance dès 37,5% du régime maximal.
L'utilisation de turbomachines à géométrie fixe à domaine de fonctionnement plus étroit procure un gain de 10 à 15% sur les rendements des compresseurs et des turbines.
Pour couvrir la plage de débit de 1 à 3 à pression constante le 5 compresseur basse pression selon l'invention délivre son débit minimal à faible pression et son débit maximal à forte pression.
Le rôle du compresseur haute pression est de terminer la compression jusqu'au niveau requis fixé à 4,5 bars pour fixer les idées. Le rapport de pression du compresseur HP doit donc varier en fonction du débit au moyen 10 d'une géométrie variable dans l'alimentation des turbines.
Pour couvrir la plage de 1 à 1,5 il suffit de bypasser partiellement la turbine HP ou une petite ouverture de son distributeur moins pénalisante en rendement.
Le rendement du compresseur HP est supérieur dans ce deuxième 15 cas, comme le montrent les diagrammes 9 et 10.
Pour éviter les régulations de géométrie destructrices de rendement la présente invention prévoit des modes de fonctionnement à géométrie fixe dont la pleine charge s'effectue partiellement à puissance constante et à taux volumique d'EGR variable.
Sur les courbes de puissance constante, les compresseurs stationnent sur un seul point de fonctionnement quand le régime varie.
Les charges partielles s'effectuent à pression et débit variables suivant une courbe unique dans le diagramme de chaque compresseur choisie dans les zones de bons rendements.
Le taux massique d'EGR est alors réglé par sa température.
Quand la puissance d'un mode devient insuffisante l'invention prévoit d'activer la géométrie variable soit pour passer à un autre mode à géométrie fixe soit pour accroître le Vc du mode en modulant la géométrie Sd.
A titre d'exemple, l'objectif que permet d'atteindre l'invention pourrait 3 0 se résumer comme suit pour un moteur diesel dépollué actuel: le ralenti est à 700 t/mn embrayage se fait à 1000 t/mn le couple maximal est disponible entre 1200 t/mn et 3400 t/mn la puissance maximale est disponible entre 3400 t/mn et 5000 t/mn.
les pressions d'admission et d'échappement sont limitées à 4,5 bars.
le taux massique d'EGR dans le domaine dépollué est de 40% à 1200 t/mn et supérieur à 50% entre 1400 et 5000 t/mn.
La description énumère maintenant les principes de l'invention et des exemples de mise en oeuvre en se référant aux figures ci après: Fig 1: schémas fonctionnels A, B, C de la structure d'alimentation du moteur, Fig 2 diagrammes régime/volume des transferts par calage variable des soupapes et variation limitée de la géométrie des turbines dans un cas extrême o le couple maximal est disponible à 20% du régime maximal, Fig 3: diagramme d'exemples de modes d'exploitation de l'invention avec (3A) et 15 sans (3B) calage variable des soupapes dans le cas extrême de la figure 2, Fig 4: Position des cycles à EGR chaud dans le diagramme T/ S, Fig 5: exemple de structure d'alimentation d'un moteur à 4 temps à calage fixe des soupapes, Fig 6: exemple de structure d'alimentation d'un moteur à 2 temps à calage 2 0 variable des soupapes et collecteur d'échappement unique, Fig 7: exemple de structure d'alimentation d'un moteur à 2 temps à calage variable des soupapes et à deux collecteurs d'échappement, Fig 8: schéma de fonctionnement de la waste gate double, Fig 9: diagramme d'adaptation des compresseurs pour le calage fixe des soupapes, 25 Fig 10: diagramme d'adaptation des compresseurs pour le calage variable des soupapes, Fig 11: deux exemples de chapelle d'admission directive (A et B) pour mélanger les gaz introduits et les gaz résiduels ainsi que pour organiser le balayage du cycle à deux temps.
1. L'invention a pour objet un moteur alternatif utilisé entre un régime de rotation minimum Nmin et un régime maximum Nmax, qui comporte un groupe de turbocompression dimensionné pour être en fonctionnement autonome quand: l> I alimente en air le collecteur d'admission du moteur via un réfrigérant > Il est alimenté en gaz par le collecteur d'échappement du moteur > La pression d'alimentation turbine P3 est sensiblement égale à la pression de refoulement compresseur P2.
Il est connu que dans ces conditions, à température d'air constante et 10 à géométrie fixe, la turbocompression délivre un volume d'air refroidi Vc sensiblement constant quand la pression varie.
Il est aussi connu que le volume Vc est sensiblement proportionnel à la section débitante de turbine Sd offerte aux gaz chauds.
Ce moteur est caractérisé par le fait que la pression turbine P3 est 15 maintenue sensiblement égale à la pression compresseur par un by-pass entre le collecteur d'admission et le collecteur d'échappement dimensionné pour transférer le débit de gaz d'échappement vers le collecteur d'admission sans perte de charge significative, et le volume d'air Vc est inférieur au volume aspiré par le moteur au régime Nmax de telle sorte qu'un débit de gaz 20 chauds est réaspiré par le moteur via le by-pass au-dessus du régime Na o le volume aspiré est égal à Vc, et un débit d'air est détourné vers la turbine au-dessous du régime Na.
Dans la suite le bypass entre les collecteurs sera nommé conduit EGR et le régime Na régime d'adaptation de la turbocompression.
2. Le moteur selon 1. ci-dessus peut prévoir que le by-pass ou conduit EGR comporte une vanne EGR permettant d'augmenter la pression turbine audessus de la pression compresseur.
3. Le moteur selon 1. ci-dessus peut prévoir que le groupe de turbocompression comporte une vanne d'admission située sur le conduit de 3 0 refoulement de l'air comprimé permettant d'augmenter la pression compresseur au-dessus de la pression turbine.
4. De façon avantageuse, le moteur selon 1. peut prévoir que le conduit EGR comporte un réfrigérant de gaz à température réglable, de préférence jusqu'à une température voisine de celle de l'air frais.
5. Le moteur selon 2. ci-dessus peut prévoir que le réglage de la température s'effectue en pilotant un bypass du réfrigérant.
Ce principe général se réfère à la figure 1.
6. Un procédé d'alimentation d'un moteur selon 4. ci-dessus peut 5 prévoir que la température EGR est pilotée pour créer l'excès d'air désiré pour la combustion dans le moteur, 7. Ce procédé d'alimentation selon 6. peut notamment être caractérisé par le fait que la température EGR est pilotée pour que la masse de gaz recyclés reste sensiblement égale à la masse de l'air frais jusqu'au régime o 10 cette température rejoint la température d'échappement. Au delà de ce régime la masse recyclée devient supérieure à la masse de l'air frais.
8. Ce procédé d'alimentation selon 6 peut aussi être caractérisé par le fait que le réfrigérant d'air est totalement bypassé quand le moteur ne délivre pas de puissance propulsive.
9. Ce procédé d'alimentation selon 8 peut notamment être caractérisé par le fait que pour le démarrage à froid et le fonctionnement au ralenti le réglage des vannes de turbine (6 et 7) et/ou le calage des soupapes est réglé pour que l'excès d'air de combustion soit minimal pour le niveau de dépollution désiré.
Ces procédés concernent les différents modes de pilotage du bypass EGR selon qu'on veut optimiser la fumée, les NOX, le bruit ou la capacité de reprise du moteur.
10. Le moteur selon 1. ou 4. ci-dessus peut être en outre caractérisé par le fait que le régime d'adaptation Na est sensiblement égal à Nmin/2 pour 25 que le volume de gaz recyclés soit au moins égal à celui de l'air frais, et la température minimale des gaz recyclés est, de préférence, voisine de la température de l'air frais afin que la masse des gaz recyclés soit au moins égale à celle de l'air frais au régime minimal utilisé N min pour dépolluer tout le domaine d'utilisation du moteur.
11. Le moteur selon 1. peut également être caractérisé par le fait que le groupe de turbocompression comporte un turbocompresseur basse pression BP et un compresseur haute pression HP dont les compresseurs travaillent en série avec, de préférence, une réfrigération de l'air entre les compresseurs et la section débitante d'échappement Sd peut être réglée entre un minimum Sd min et un maximum Sd max par l'un ou une combinaison des moyens suivants: réglage de la section variable du distributeur de gaz des turbines, ouverture d'un by-pass entre l'entrée et la sortie des turbines, passage d'une configuration série à une configuration parallèle des turbines.
Le régime d'adaptation de la turbocompression Na devient ainsi réglable, de manière continue ou discontinue, entre deux valeurs Na min et Na max.
Dans la suite, un by-pass entre l'entrée et la sortie d'une turbine sera nommé waste gate.
Cette structure se réfère à la figure 5.
12. Le moteur selon 11. ci-dessus peut encore être caractérisé par le fait que la section minimale débitante Sd min offerte aux gaz est constituée 15 par les deux turbines montées en série en fermeture maximale si leur distributeur est variable et toutes waste gate fermées s'il en existe.
Ces procédés concernent tous les modes choisis pour décrire l'invention.
13. Le moteur selon 12. peut être agencé qu'il fonctionne sur un cycle 2 0 à 4 temps et que le calage des soupapes soit fixe.
14. Le moteur selon 13. peut en outre être caractérisé par le fait que la section débitante maximale Sd max offerte aux gaz est constituée par deux turbines à distributeurs fixes montées en parallèle, pour passer les turbines de la configuration série à la configuration parallèle 2 5 des moyens permettent d'effectuer successivement les manoeuvres suivantes: ouverture partielle progressive de la waste gate HP ouverture partielle progressive et simultanée des waste gate HP et BP simultanément et rapidement: ouverture totale de la waste gate HP, 30 fermeture totale de la waste gate BP, mise en communication de la sortie de la turbine HP avec la sortie de la turbine BP 15. Le moteur selon 13. peut aussi être caractérisé par le fait que la section débitante maximale Sd max offerte aux gaz est constituée par une turbine BP à distributeur fixe et une turbine HP à distributeur variable montées en parallèle, le distributeur HP étant en pleine ouverture.
Pour passer les turbines de la configuration série à la configuration parallèle des moyens permettent d'effectuer successivement les manoeuvres suivantes: ouverture progressive du distributeur de la turbine HP, ouverture partielle progressive de la waste gate BP simultanément et rapidement: fermeture totale de la waste gate BP et mise en communication de la sortie de la turbine HP avec la sortie de la turbine BP Ces procédés concernent le mode désigné ci-après A4.
16. Un procédé d'alimentation d'un moteur selon 2., 3. ou 11. cil5 dessus peut en outre être caractérisé par le fait que pour limiter la fréquence des changements de configuration, on immobilise la géométrie pour un typede conduite qui met en oeuvre une plage limitée de puissance, par exemple la configuration série pour la conduite en ville et la configuration parallèle pour la conduite sur route, les seuils de puissance correspondant à chaque 20 configuration peuvent être franchis pour des manoeuvres de courtes durées, telles les accélérations, les dépassements, les pointes de vitesse, etc. Le franchissement des seuils peut se faire comme suit: par fermeture de la vanne EGR si la pression dans le collecteur d'échappement peut être augmentée.
par ouverture d'une ou deux waste gate si la température d'échappement peut être augmentée.
par fermeture de la vanne d'admission si la pression maximale de cycle est atteinte ou si les compresseurs sont près de leur débit maximal.
Ce procédé concerne les modes désignés Ai.1,A2, A3, B2, B4, C3, 30 D3.
17. Un moteur selon 14. peut être aussi caractérisé par le fait que la waste gate BP comporte un deuxième siège pour effectuer simultanément la fermeture du bypass entré sortie turbine PB et la mise en communication sortie turbine HP sortie turbine BP.
Ce procédé concerne le mode A4 ci-après.
18. Un moteur selon 14. peut être aussi caractérisé par le fait que les deux waste gate sont concentriques et comportent des butées de telle sorte que leurs mouvements simultanés soient actionnés par l'une d'elles et communiqués à l'autre par lesdites butées. 10 Cette structure se réfère à la figure 8.
19. Le moteur selon 13. ci-dessus peut être caractérisé par le fait que la section débitante maximale Sd max est constituée par deux turbines à distributeurs variables en pleine ouverture montées en série, et les distributeurs sont ouverts simultanément pour maintenir la pression 15 d'admission à sa valeur maximale de consigne sur la courbe pleine charge.
Cette solution très onéreuse n'a pas été retenue comme exemple. Elle peut néanmoins se substituer à tous les modes présentés.
20. Un moteur selon 12. ci-dessus peut aussi être caractérisé par le fait que le calage des soupapes peut être piloté pour déplacer la fermeture du 20 cylindre entre le voisinage du PMB et la mi course du piston, la section débitante Sd maximale est constituée par la turbine HP en configuration série distributeur en pleine ouverture s'il est variable, waste gate HP en pleine ouverture dans le cas contraire et les turbines sont dimensionnées pour permettre aux compresseurs d'atteindre simultanément leurs rapports de 2 5 pression maximaux.
Ceci concerne les modes B, C, et D ci-après.
21. Un procédé d'alimentation d'un moteur selon 20. ci-dessus peut être caractérisé par le fait que la courbe de pleine charge en fonction du régime est exécutée comme suit: de Nmin à 2 Nmin la fermeture d'admission 3 0 Fa passe du PMB (point mort bas) à environ 90 dv après le PMB de façon à maintenir la pression de cycle sous sa valeur de consigne. Le distributeur ou la waste gate HP sont fermés, de 2 Nmin à environ 3 Nmin le distributeur HP ou la waste gate HP sont ouverts et éventuellement la waste gate BP, pour maintenir la pression d'admission à sa valeur maximale de consigne, FA est 5 maintenue à 90 dv (degrés vilebrequin) après le PMB, de 3 Nmin à Nmax le débit global de carburant est maintenu constant pour maintenir la pression d'admission à sa valeur limite, à charge partielle le calage de FA sera piloté suivant une cartographie mémorisée par le calculateur de contrôle moteur.
Ce procédé décrit par la Figure 2 concerne les modes B1, C2, D2 ci10 après.
22. Un moteur selon 12. ci-dessus peut être caractérisé par le fait que il fonctionne sur le cycle à 2 temps, les orifices d'admission sont fermés par des soupapes, les orifices d'échappement sont fermés par des soupapes et communiquent avec un seul collecteur d'échappement, la phase de recyclage 15 externe précède le balayage, le calage des soupapes peut être piloté pour déplacer la fermeture du cylindre entre le voisinage du PMB et la mi-course du piston, la section débitante Sd maximale est constituée par la turbine HP en configuration série distributeur en pleine ouverture s'il est variable, waste gate HP en pleine ouverture dans le cas contraire, les turbines sont 20 dimensionnées pour permettre aux compresseurs d'atteindre simultanément leurs rapports de pression maximaux, la vanne EGR est remplacée par un clapet anti-retour ou une diode aérodynamique obturable.
23. Un procédé d'alimentation d'un moteur selon 22. ci-dessus peut être caractérisé par le fait que la courbe de pleine charge en fonction du 25 régime est exécutée comme suit: de Nmin à 2 Nmin la fermeture du cylindre passe du PMB à environ 90 dv après le PMB de façon à maintenir la pression de cycle à sa valeur de consigne.
le distributeur ou la waste gate HP sont fermés.
de 2 Nmin à environ 3 Nmin le distributeur HP ou la waste gate HP sont ouverts et éventuellement la waste gate BP, pour maintenir la pression d'admission à sa valeur maximale de consigne. FA est maintenue à 90 dv après le PMB.
de 3 Nmin à Nmax le débit global de carburant est maintenu constant pour maintenir la pression d'admission à sa valeur limite.
Pour maximiser l'EGR externe refroidi, les charges partielles dépolluées peuvent être exécutées comme suit: le cylindre reste fermé au voisinage du PMB et les turbines restent en 10 configuration fermée jusqu'à la P2 limite pour ce calage.
les turbines sont ensuite ouvertes pour maintenir P2 à sa valeur limite.
la diode aérodynamique se ferme quand le débit de recyclage externe s'annule.
Ce procédé se réfère à la figure 6 et concerne les modes C ci-après.
24. Un moteur selon 12. ci-dessus peut être caractérisé par le fait que: il fonctionne sur le cycle à 2 temps, il comporte deux orifices d'échappement par cylindre, fermés par des, soupapes, qui communiquent respectivement avec un collecteur d'échappement relié à la turbine et un collecteur d'échappement relié au 20 conduit EGR et/ou à la turbine via une vanne distributrice pilotée, le calage de la soupape affectée à l'EGR peut être piloté pour déplacer la fermeture du cylindre entre le voisinage du PMB et la mi-course du piston, la phase de recyclage externe précède la balayage quand le cylindre se ferme au voisinage du PMB et le suit quand le cylindre se ferme à mi25 course du piston, la section débitante Sd maximale est constituée par la turbine HP en configuration série distributeur en pleine ouverture s'il est variable, waste gate HP en pleine ouverture dans le cas contraire, les turbines sont dimensionnées pour permettre aux compresseurs 30 d'atteindre simultanément leurs rapports de pression maximaux, la vanne EGR est remplacée par un clapet anti-retour ou une diode aérodynamique obturable.
25. Le procédé d'alimentation d'un moteur selon 24. ci-dessus peut être caractérisé par le fait que la pression P2 est inférieure à la limite 5 autorisée pour ce calage, la vanne distributrice est en position recyclage, le cylindre est fermé au voisinage du PMB, le distributeur ou la waste gate HP sont fermés, la pression atteint la valeur limite autorisée pour ce calage, la fermeture du cylindre est déplacée à la micourse du piston pour sensiblement doubler la P2 limite autorisée, la vanne distributrice reste en 10 position recyclage, le distributeur ou la waste gate HP restent fermés, la pression P2 atteint la nouvelle limite autorisée pour ce nouveau calage, la vanne distributrice bloque le recyclage, le distributeur ou la waste gate HP s'ouvrent pour maintenir la P2 à sa nouvelle limite autorisée, la transition peut se faire progressivement dans les deux sens ou rapidement avec un 15 hystérésis.
Ce procédé se réfère à la figure 7 et concerne les modes D ci-après.
26. Le procédé selon l'un des modes précédents peut en outre être caractérisé par le fait qu'à pleine charge la géométrie variable est pilotée pour maintenir un paramètre à sa valeur limite de consigne, à charge partielle la 2 0 géométrie variable est pilotée pour optimiser la dépollution et/ou les performances selon une cartographie mémorisée dans le calculateur de contrôle moteur.
27. Un moteur selon 1. ci-dessus comportant une culasse plane porteuse de soupapes dont les faces coté chambre sont coplanaires avec la 25 culasse et sensiblement tangentes au cylindre peut être caractérisé par le fait que la ou les pipes d'admission se terminent par une tuyère oblongue définie par un demi cylindre supérieur s'appuyant sur le bord supérieur du siège conique et tangeant à ce dernier le long de sa génératrice située dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan passant par l'axe du siège et par l'axe du cylindre et par un cylindre inférieur couvrant la moitié de la tête de soupape opposée à ladite génératrice.
Les tuyères seront par ailleurs orientées pour créer une vitesse tangentielle dans le même sens.
L'angle des sièges sont choisis pour optimiser la stratification de la charge comburante.
28. Un moteur selon 1. comportant une culasse plane porteuse de soupapes dont les faces coté chambre sont coplanaires avec la culasse et sensiblement tangentes au cylindre peut aussi être caractérisé par le fait que 10 la portée d'étanchéité conique des soupapes d'admission se prolonge vers le piston par une partie cylindrique de hauteur légèrement supérieure à la levée des dites soupapes, que les sièges coniques des dites soupapes sont disposés au fond de logements cylindriques aménagés dans la culasse pour recevoir lesdites parties cylindriques desdites soupapes de telle sorte que la 15 face inférieure plane des soupapes soient dans le plan de la culasse quand elles reposent sur leurs sièges, le jeu entre les logements et les soupapes étant minimal, que des évidements sont pratiqués dans la culasse qui ne dépassent pas les frontières suivantes: 2 0 deux portions cylindriques concentriques à l'alésage et tangentes extérieurement et intérieurement à l'évidement cylindrique de chaque soupape, une surface conique prolongeant le demi-siège de la soupape délimité par un plan passant par son axe et l'axe du cylindre, les évidements seront par ailleurs orientés pour créer une vitesse tangentielle dans le même sens, l'angle des sièges est choisi pour optimiser la stratification de la charge comburante.
29. Un moteur selon 27. ou 28. ci-dessus peut être caractérisé par le 30 fait qu'il comporte deux soupapes d'admission diamétralement opposées.
Ces structures décrites sur la figure 11 concernent les modes o des gaz brûlés résiduels sont retenus dans le cylindre.
30. Un moteur selon 1. peut être caractérisé par le fait qu'une fraction des gaz recyclés est retenue dans le cylindre à la fermeture de ce dernier, les 5 gaz frais sont introduits par des conduits d'admission directifs dans le but d'organiser une stratification des températures et des concentrations dans la chambre au point mort haut combustion, le carburant est vaporisé dans les gaz frais.
31. Un tel moteur selon 30. peut être en outre caractérisé par le fait 1 0 que le carburant est introduit dans l'air pur entre le compresseur et le mélangeur d'EGR externe.
32. Un moteur selon 30. peut aussi être caractérisé par le fait que le carburant est introduit dans le mélange entre l'air pur et l'EGR externe.
33. Un moteur selon 30. peut aussi être caractérisé par le fait que le 15 point d'allumage est piloté par le calage des soupapes à la fermeture du cylindre.
34. Un moteur selon 30. peut aussi être caractérisé par le fait que le point d'allumage est piloté par la température de l'EGR externe.
35. Un moteur selon 30. peut aussi être caractérisé par le fait que le 2 0 premier allumage est commandé électriquement ou est déclenché spontanément par l'injection du carburant à haute pression au point mort haut.
36. Un moteur selon 30. peut encore être caractérisé par le fait que la chambre de travail des gaz présente une géométrie de révolution autour de 25 l'axe du cylindre, la stratification présente une géométrie de révolution autour de l'axe du cylindre créée par l'orientation des orifices d'admission, la température de la charge comburante augmente entre la périphérie et l'axe pour que l'autoallumage se propage du centre vers la périphérie.
37. Un moteur selon 36. peut être en outre caractérisé par le fait que le 30 profil méridien de la chambre de combustion est choisi pour optimiser le taux de dégagement d'énergie par la progressivité des surfaces isothermes de la charge réactive.
Ces procédés concernent essentiellement les moteurs à calage variable des soupapes et particulièrement les cycles à 2 temps.
On se réfère maintenant au schéma A de la figure 1 qui décrit le schéma fonctionnel de la structure d'alimentation du moteur.
Le moteur 1, utilisé entre un régime minimal Nmin et un régime maximal Nmax, est alimenté en gaz à la température Tadm et à la pression Padm par un collecteur d'admission 8.
Après la combustion, il les rejette à la température T3 et à la pression P3 dans un collecteur d'échappement 9.
Les collecteurs 8 et 9 sont reliés entre eux par un conduit de recyclage 3, dimensionné pour pouvoir bypasser tous les gaz brûlés rejetés par le moteur sans pertes de charge significatives.
Le conduit de recyclage 3 comporte un réfrigérant de gaz 4, du type gaz/eau par exemple, pour pouvoir refroidir les gaz brûlés recyclés EGR jusqu'à une température Tegr réglable entre T3 et une température minimale de préférence voisine de la température de l'eau de refroidissement.
Le réglage de la température pourra avantageusement s'effectuer en 2 0 pilotant un bypass du réfrigérant.
Dans ce cas on peut avantageusement utiliser un by-pass courtcircuitant tout ou partie de l'échangeur réfrigérant 4, comme représenté sur le schéma B de la figure 1.
Le conduit EGR 3 comporte une vanne 6 située en amont ou en aval 2 5 du réfrigérant 4.et nommée vanne EGR.
Le conduit EGR 3 est de préférence relié au collecteur d'admission 8 via un mélangeur 5 pour homogénéiser la charge comburante aspirée par le moteur.
Une vanne d'admission (7) peut être prévue sur le refoulement compresseur pour augmenter la pression compression au-dessus de la pression turbine.
L'ensemble constitué par le moteur 1 et le conduit 3 est alimenté en air 5 frais à la pression P2 refroidi à la température T2 par un groupe de turbocompression 2, de préférence via le mélangeur 5.
Le groupe de turbocompression est actionné par les gaz émis par l'ensemble 1 et 3 à la pression P3 et à la température T3.
Le groupe de turbocompression 2 peut comporter un, ou de 10 préférence, deux turbocompresseurs à géométrie fixe ou variable, un, ou de préférence, deux réfrigérants d'air, une ou plusieurs vannes de décharge nommées waste gate et une vanne d'admission 7 pour piloter la pression P2 située en amont ou en aval du dernier réfrigérant d'air.
Le groupe 2 est alimenté en air atmosphérique par un filtre à air et 15 refoule ses gaz dans une ligne d'échappement qui peut comporter des post traitements et silencieux générateurs de perte de charge.
Pour illustrer le potentiel de dépollution de l'invention on se réfère maintenant à la fig 2.
Ce diagramme décrit la courbe pleine charge d'un moteur extrême 20 totalement dépollué qui présente son couple maximal à 20% de son régime maximal.
La turbocompression en configuration série est donc adaptée à la moitié de cette valeur, soit 0,1 Nmax Les compresseurs délivrent une pression P2 maximale de 9 bars. 25 La section débitante Sd des turbines varie seulement de 1 à 1,5.
Le moteur est doté d'un calage variable des soupapes qui permet de piloter la fermeture du cylindre entre le PMB o la pression P2 est limitée à 4,5 bars et la mi-course du piston à 90 dv après le PMB o P2 est limitée à 9 bars.
L'unité de volume de ce diagramme est égale à la cylindrée et l'unité de régime le régime maximal.
Toutes les courbes représentent les volumes de gaz présents dans le cylindre à sa fermeture sauf la courbe C qui représente le volume Vc total d'air refroidi délivré par le groupe 2 Sur ce diagramme, Vc est donc piloté de 0,1 à 0,15 Nmax pour un moteur à deux temps et de 0,05 à 0, 075 Nmax pour un moteur à 4 temps, quand le régime passe de 0,4 à 0,6 Nmax.
On décrit d'abord les modes de fonctionnement préférés ou la vanne 6 10 et la vanne 7 sont en pleine ouverture et o Sd (section débitante offerte aux gaz à l'échappement) est fixée à sa valeur minimale.
La pression entrée turbine P3 est dans ces conditions sensiblement égale à la pression sortie compresseur P2.
Quand P3 dépasse 2 bars, le débit sonique qui traverse les turbines 15 est proportionnel à P3 et inversement proportionnel à la racine de T3 qui varie peu en fonction de P3.
L'ensemble constitué par le moteur 1 et le conduit 3 est alimenté en air frais à la pression P2 refroidi à la température T2 par un groupe de turbocompression 2, de préférence via le mélangeur 5.
Le groupe de turbocompression est actionné par les gaz émis par l'ensemble 1 et 3 à la pression P3 et à la température T3.
Le groupe de turbocompression 2 peut comporter un ou de préférence deux turbocompresseurs à géométrie fixe ou variable, un ou de préférence deux réfrigérants d'air, une ou plusieurs vannes de décharge nommées waste 25 gate et une vanne d'admission 7 pour piloter la pression P2 située en amont ou en aval du dernier réfrigérant d'air.
Le groupe 2 est alimenté en air atmosphérique par un filtre à air et refoule ses gaz dans une ligne d'échappement qui peut comporter des post traitements et silencieux générateurs de perte de charge.
Pour illustrer le potentiel de dépollution de l'invention on se réfère maintenant à la fig 2.
Ce diagramme décrit la courbe pleine charge d'un moteur extrême totalement dépollué qui présente son couple maximal à 20% de son régime maximal (Nmax).
La turbocompression en configuration est donc adaptée à 0,1 Nmax.
Les compresseurs délivrent une pression P2 maximale de 9 bars.
La section débitante Sd des turbines varie seulement de 1 à 1,5.
Le moteur est doté d'un calage variable des soupapes qui permet de piloter la fermeture du cylindre entre le PMB o la pression P2 est limitée à 4,5 bars et la mi-course du piston à 90 dv après le PMB o P2 est limitée à 9 bars.
L'unité de volume de ce diagramme est égale à la cylindrée et l'unité de régime le régime maximal.
Toutes les courbes représentent les volumes de gaz présents dans le cylindre à sa fermeture sauf la courbe C qui représente le volume Vc total d'air refroidi délivré par le groupe 2.
Sur ce diagramme,Vc est donc piloté de 0,1 à 0,15 Nmax pour un moteur à deux temps et de 0,05 à 0,075 Nmax pour un moteur à 4 temps, 2 0 quand le régime passe de 0,4 à 0,6 Nmax.
On décrit d'abord les modes de fonctionnement préférés ou la vanne 6 et la vanne 7 sont en pleine ouverture et o Sd (section débitante offerte aux gaz à l'échappement) est fixée à sa valeur minimale.
La pression entrée turbine P3 est dans ces conditions sensiblement 25 égale à la pression sortie compresseur P2.
Quand P3 dépasse 2 bars, le débit sonique qui traverse les turbines est proportionnel à P3 et inversement proportionnel à la racine de T3 qui varie peu en fonction de P3.
Si T2 est de plus maintenue constante par le réfrigérant d'air, le volume d'air refroidi Vc délivré par le groupe 2 est sensiblement constant quand P2 varie.
Ce volume est d'autre part proportionnel à la section débitante Sd offerte aux gaz qui se détendent dans le groupe de turbocompression 2.
Quand le régime augmente, la fraction de ce volume retenue dans le cylindre (courbe D) diminue proportionnellement.
Les calculs montrent par ailleurs que le débit massique d'air frais est sensiblement proportionnel au débit de carburant brûlé dans le moteur, lui 1 0 même proportionnel au régime quand la charge est constante.
Le volume d'air frais retenu dans le cylindre est donc inversement proportionnel au régime alors que la pression P2 de cet air lui est proportionnelle. Il en résulte le fait remarquable que la masse d'air frais retenue par cycle est indépendante du régime et ne dépend que du débit de 15 carburant. La combustion s'effectue ainsi à richesse sensiblement constante.
Ceci est une conséquence de la stabilité de T3 imposée au moteur par ce type de turbocompression.
Le couple maximal devant être atteint à 0,2 Nmax, le volume trappé (courbe A) vaut 1 et le cran de carburant maximal est atteint à ce régime 20 minimum d'utilisation o P2 (courbe B) a atteint la valeur limite de 4, 5 bars pour ce volume trappé.
Le volume d'air frais retenu dans le cylindre (courbe D) est alors la moitié du volume trappé, la différence étant occupée par 1' EGR refroidi à la température T2 pour réaliser un taux de recyclage massique de 50%.
2 5 Quand N passe de 0,2 à 0,4 Nmax à plein cran de carburant, P2 passe de 4,5 bars à 9 bars. Pour respecter la pression maximale du cycle, le calage doit être simultanément modifié pour amener le volume trappé à 0,5 pour N = 0,4 Nmax. Le volume d'air frais retenu ayant subi la même réduction de moitié le taux massique d'EGR est resté stable à 50%.
Quand N passe de 0,4 à 0,6 Nmax, P2 reste à sa limite 9 bars, le volume trappé reste à son minimum 0,5, la géométrie variable du groupe de turbocompression prend alors le relais du calage variable des soupapes pour augmenter de 50% le volume d'air frais Vc et donc son débit massique.
La masse d'air frais brûlée par cycle (courbe E) est donc restée constante entre 0,2 et 0,6 Nmax, plage o le couple maximal a été disponible.
Entre 0,6 Nmax et Nmax le couple décroît à puissance constante et la température d'EGR doit être augmentée pour limiter le taux massique d'EGR à 50%.
La totalité du domaine d'utilisation du moteur est ainsi dépollué par un taux massique d'EGR de 50%.
On se réfère maintenant à la figure 3 qui compare dans le champ PME/régime (la PME est la pression moyenne efficace du moteur): les modes de fonctionnement précédents o on partage l'adaptation géométrique 15 entre le moteur et les turbomachines en exploitant successivement le calage variable des soupapes pour moduler le volume Vm aspiré par le moteur et la section turbine pour moduler le volume Vc délivré par le compresseur et les modes de fonctionnement à calage fixe des soupapes o la totalité de l'adaptation géométrique s'effectue par la section turbine Sd.
On voit que chaque configuration géométrique permet d'atteindre toutes les PME et tous les régimes situés sous l'hyperbole de puissance constante correspondant au débit d'air maximal dans sa configuration.
Ces hyperboles sont aussi des courbes à P2 constante maximale dans la configuration.
Il est donc judicieux de choisir P2 comme paramètre pour piloter la géométrie.
Par exemple dans le diagramme 3 A, si la puissance maximale est Wmax, on peut choisir 3 modes de fonctionnement dépollué.
W < 0,33 Wmax qui correspond à la conduite en ville: Le calage des soupapes et la géométrie turbine restent fixes pour les transitoires rapides de la conduite urbaine.
Seule la température EGR est régulée à haut régime.
P2 varie avec la puissance jusqu'à 4,5 bars.
0,33 Wmax < W < 0,67 Wmax qui correspond à la conduite sur route: la géométrie des turbines reste fixe, le calage des soupapes est programmé en fonction de P2, la température EGR est régulée à haut régime, P2 varie de 4,5 à 9 bars.
0,67 Wmax < W < Wmax qui correspond à la conduite sur autoroute: le 10 calage des soupapes s'immobilise, une waste gate ou un distributeur s'ouvre pour limiter P2 à 9 bars, la température EGR est régulée à haut régime, P2 reste constante à 9 bars.
Le diagramme 3B montre les 2 modes possibles sans aucune géométrie variable grâce aux configurations série et parallèle de deux 15 turbines: W < 0,33 Wmax qui correspond à la conduite en ville dépolluée: les turbines sont en configuration série, la géométrie turbine reste fixe pour les transitoires rapides de la conduite urbaine, seule la température EGR est régulée à haut régime, P2 varie avec la puissance jusqu'à 4,5 bars.
0,33 Wmax < W < Wmax qui correspond à la conduite sur autoroute partiellement dépolluée: les turbines sont en configuration parallèle, la géométrie des turbines reste fixe, la température EGR est régulée à haut régime, P2 varie jusqu'à 4,5 bars.
Le passage d'une configuration à l'autre est exposée plus en détail ci25 après: On se réfère maintenant à la figure 5 qui décrit une structure bien adaptée aux moteurs actuels à calage fixe des soupapes qui comporte: > Un petit turbocompresseur haute pression (HP) à géométrie fixe ou variable 102, alimentant en air le collecteur d'admission à travers une 30 vanne d'admission optionnelle 105 et, de préférence un réfrigérant d'air HP 108 pour réduire le volume d'air admis dans le moteur. La turbine HP est toujours alimentée par les gaz issus du collecteur d'échappement du moteur qu'elle rejette dans un conduit 111 pouvant communiquer avec l'entrée et la sortie de la turbine BP ainsi qu'avec le collecteur d'échappement.
> Un grand turbocompresseur basse pression (BP) à géométrie fixe 101, alimentant en air le compresseur HP, de préférence à travers un réfrigérant d'air BP 107 pour réduire le travail du compresseur HP. La turbine BP est alimentée par le conduit 111.
> Une waste gate double 103 comprenant une waste gate HP et une waste gate BP, par exemple coaxiales pour être entraînées ensemble, pilotée pour passer de la configuration série à la configuration parallèle en passant le cas échéant par une configuration série/parallèle qui peut être actionnée pneumatiquement par la pression des compresseurs pour les 15 manoeuvres rapides et par un actuateur hydraulique ou électrique pour les régulations fines.
> Un conduit de recirculation des gaz brûlés reliant le collecteur d'échappement au collecteur d'admission à travers un réfrigérant de gaz 109.Ce conduit est muni d'une vanne EGR pilotée 105 à sa jonction avec 20 le collecteur d'échappement et d'un bypass du réfrigérant régulé par un volet distributeur piloté 106.Le mélange comburant est homogénéisé par le mélangeur 110 situé en amont ou dans le collecteur d'admission.
> Les gaz chauds se mélangent aux gaz froids par la cloison perforée du tube mélangeur 11i.Le mélange obtenu se mélange ensuite à l'air frais 25 dans la paroi perforée du tube mélangeur.
Les compresseurs sont dimensionnés pour pouvoir délivrer à la pression 4, 5 bars le volume d'air refroidi aspiré par le moteur entre 700 et 2100 t/mn.
La turbine HP est dimensionnée pour recevoir, en mode série, les gaz à 4,5 bars émis par le moteur quand il tourne à 700 t/mn et qu'il est alimenté à 4,5 bars.
La turbine BP a une capacité volumétrique telle que les deux turbines 5 montées en série entraînent les compresseurs à leur débit volume minimum (700 t/mn 4,5 bars) et que montées en parallèle elles entraînent les compresseurs à leur débit volume correspondant à (2100 t/mn, 4,5 bars), ceci pour une pression d'alimentation de 4,5 bars et une température compatible avec une bonne combustion. Ces conditions sont remplies quand 10 la capacité de la turbine se situe entre 1,5 et 2 fois celle de la turbine HP. Cette première structure est bien adaptée aux moteurs actuels. Elle
comporte des vannes de régulation dont le pilotage permet trois groupes de modes d'exploitation de deux turbocompresseurs selon que le moteur est équipé ou non d'une distribution à calage variable et qu'il fonctionne sur le 15 cycle à 2 ou à 4 temps.
Quand le calage des soupapes est variable, la configuration parallèle n'est plus nécessaire.
Dans la majorité des cas, un seul organe de régulation est actif à l'intérieur d'un mode et aucun mode ne prévoit plus de deux régulations 2 0 simultanées.
Cette structure fonctionne comme suit: Quand le calage des soupapes est fixe, les turbines travaillent en mode série dans le domaine dépollué des basses puissances et en mode parallèle dans le domaine des hautes puissances non soumis à la législation. 25 La section Sd disponible pour l'évacuation de gaz passe environ de 1 à 3 entre ces deux modes. La fraction non évacuée des gaz émis par le moteur est réaspirée via le conduit de recyclage.
En mode série les deux turbines sont traversées par la totalité du débit des compresseurs et la turbine HP délivre une puissance supérieure à celle de la turbine BP. Les rapports de pression des compresseurs sont fixés par ce rapport de puissance.
En mode parallèle chaque turbine reçoit une fraction du débit des compresseurs proportionnelle à sa section débitante. La turbine HP délivre 5 alors une puissance inférieure à celle de la turbine BP qui conduit à un rapport de pression du compresseur HP inférieur à celui du BP. Un distributeur variable de la turbine HP permet une optimisation plus fine de chaque mode.
La transition peut se faire instantanément dans la manoeuvre rapide 10 d'une waste gate double 103 entre deux sièges d'étanchéité situés dans le conduit d'échappement 111 de la turbine HP, sans perte d'énergie par vannage des fluides. La transition s'accompagne d'une variation brutale des pressions de gaz et du régime des turbocompresseurs.
Ces discontinuités peuvent être éliminées par deux modes de 15 transition mixtes série/ parallèle pilotés par la waste gate double représentée sur la figure N08.
Ces modes mixtes permettent aussi d'étendre considérablement le domaine dépollué.
L'invention s'appuie par ailleurs sur une stratégie originale de 20 recirculation externe des gaz brûlés: Les compresseurs travaillent toujours en série avec réfrigération de l'air en amont et en aval du compresseur haute pression. Par exemple, selon le schéma C de la figure 1, le réfrigérant 4 est situé devant l'admission du cylindre, sur le conduit d'admission en aval du mélangeur 5. Dans l'exemple 25 ci-après la pression délivrée par le groupe est limitée à 4,5 bars.
Le conduit de recyclage est dimensionné pour créer une faible perte de charge, quand la vanne EGR est ouverte, afin de pouvoir imposer l'égalité de pression entre le collecteur d'admission et le collecteur d'échappement.
Cette solution réduit au minimum les pertes de transvasement en 30 phase recyclée.
Cette solution concentre les points de fonctionnement des compresseurs sur deux lignes OB et PC des diagrammes caractéristiques correspondant respectivement aux modes série et parallèle (Figures 9 et 10).
En mode mixte le cheminement dans les diagrammes est piloté par la waste gate double et le distributeur variable de la turbine HP quand il existe.
Le conduit de recyclage comporte un réfrigérant gaz/eau et son bypass piloté qui permet de régler la température d'EGR entre la température de l'air frais et la température d'échappement.
* Seule cette régulation cartographiée est active en modes parallèle et 10 série, la vanne EGR restant en pleine ouverture.
Le réglage de la fraction by passée d'un réfrigérant gaz/eau dont les parois restent au voisinage de la température de l'eau permet une programmation précise de la température d'admission en fonction du régime, du taux d'injection et le cas échéant d'autres paramètres.
Une programmation a l'avantage d'éviter la mesure difficile d'une température qui varie rapidement, mesure nécessaire à une régulation bouclée.
Cette structure permet, de plus, le pilotage du rapport entre la pression sortie compresseurs P2 et la pression d'alimentation des turbines P3: 20 P3 = P2 = Padmission Vannes 104 et 105 ouvertes P3 > P2 = Padmission Vanne 104 partiellement fermée et vanne ouverte P3 = Padmission < P2 Vanne 104 ouverte et vanne 105 partiellement fermée 2 5 P3 > ou < P2; P3 et P2 > Padmission Vannes 104 et 105 partiellement fermées On notera que toutes les configurations précédentes permettent un recyclage de gaz puisque P3 est toujours supérieure ou égale à Padmission.
L'invention privilégie les modes o Padmission= P3 pour permettre un 30 recyclage des gaz brûlés en minimisant les pertes de pompage.
La vanne EGR 104 n'est utilisée en cycle à 4 temps que pour étendre les modes ci-dessus pour de courtes durées et éviter la mise en action fréquente de la waste gate double 103.
On citera par exemple le régime transitoire entre le ralenti et l'embrayage, les accélérations en ville et les pointes de vitesse.
De même la vanne d'admission n'est utilisée que pour améliorer le positionnement des compresseurs dans leurs diagrammes caractéristiques au voisinage de la puissance maximale ou réduire la pression maximale du cycle au prix d'une diminution du taux d'EGR.
L'essentiel de la conduite s'effectue donc vanne EGR et vanne d'admission bloquées en pleine ouverture.
Pour les moteurs à calage des soupapes fixe dont le couple maximal dépollué se situe à 25% du régime maximal, la plage de variation des sections débitantes est environ de 1 à 3. La pleine charge dépolluée 15 s'effectue donc à couple constant jusqu'à 75% du régime maximal et à puissance constante entre 75% et 100%, ce qui convient parfaitement à la propulsion routière.
L'invention s'appuie aussi sur un nouveau positionnement des cycles à charge partielle dans le diagramme température entropie T/ S comme le 2 0 montre la figure N04: Aux très faibles charges en aspiration atmosphérique, l'art actuel maximalise la masse comburante en réduisant sa température. Ces cycles situés à gauche du diagramme T/ S conduisent à des températures d'échappement trop basses pour amorcer la turbocompression qui ne 2 5 s'installe qu'à partir d'une puissance minimale.
Ceci rend difficile le passage du ralenti aux conditions de décollage du véhicule pendant l'embrayage o la quantité d'air est insuffisante pour fournir le couple désiré.
Quand la puissance augmente, le cycle se déplace vers la droite du 3 0 diagramme T/ S pour se stabiliser au point d'équilibre turbinecompresseur.
La présente invention prévoit d'exécuter les très faibles charges et les régimes élevés à droite du diagramme T/ S en réaspirant des gaz brûlés chauds auxquels on ajoute la quantité d'air nécessaire pour la combustion.
Cette stratégie maintient un niveau de température d'échappement qui 5 évite le refroidissement du collecteur d'échappement et des volutes de turbines au ralenti ou pendant les phases non propulsées, refroidissement qui retarde l'accélération des turbocompresseurs pendant les reprises ultérieures.
Elle améliore aussi l'efficacité de la dépollution catalytique. 10 Elle permet enfin de réduire le taux de compression effectif.
Le fonctionnement sans charge en aspiration atmosphérique s'effectue à taux élevé d'EGR chaud pour maintenir le niveau thermique de la zone réactionnelle, des parois du conduit d'échappement et des post traitements catalytiques.
Quand la charge augmente à partir du ralenti, la priorité est donnée à l'établissement de la turbocompression, le moteur se comportant comme un générateur de gaz chauds.
La vanne EGR peut être momentanément fermée pendant l'accélération des turbocompresseurs pour bénéficier d'une pression pulsée 20 et atteindre la phase turbocompressée au point d'embrayage sans EGR.
Après l'embrayage le taux et la température d'EGR reviennent au programme sélectionné pour la dépollution qui maintient de préférence le cycle sur la droite du diagramme T/ S pour minimiser le temps de réponse aux reprises.
En effet, plus le régime des turbocompresseurs est élevé à charge partielle, plus l'excès d'air disponible pour la reprise est élevé.
On se réfère maintenant aux figures 3A,3B,9 et 10.
L'invention présente l'avantage de concentrer les points de fonctionnement des compresseurs sur des lignes de leurs diagrammes 30 caractéristiques.
Le diagramme 3A décrit trois modes de fonctionnement en configuration série représentés dans le diagramme 10: tous les points du mode ville sont sur le segment OA, tous les points du mode route sont sur le segment AB, tous les points du mode autoroute sont sur le segment BC, Les frontières à P2 constante entre les modes sont respectivement représentés par les points A,B et C o le régime aérodynamique des compresseurs est stationnaire.
De même pour les diagrammes 3B et 9 1 0 tous les points du mode ville sont sur OA, tous les points du mode route sont sur ABC, tous les points du mode autoroute sont sur PC Le débit d'air délivré à 4,5 bars par le groupe de compression dépend du positionnement des points de fonctionnement dans les diagrammes 1 5 caractéristiques des compresseurs. Une bonne adaptation permet une variation de débit entre 1 et 3 environ. Une telle adaptation implique une gestion précise de la puissance de chaque turbine et de la section débitante offerte aux gaz d'échappement.
Le débit des compresseurs est fixé par la section débitante du système 20 d'échappement.11 dépend de la pression et de la température des gaz.
Afin de réduire au maximum les pertes par transfert, la présente invention prévoit de fonctionner majoritairement avec une pression d'échappent P3 égale à la pression d'admission P2. Les turbines sont donc alimentées à pression sensiblement constante.
2 5 Cette relation impose, pour une géométrie fixe du système d'échappement, que les compresseurs fonctionnent sur une ligne unique de leurs diagrammes de fonctionnement.
L'agrément de conduite impliquant que le couple maximal dépollué soit disponible à 25% du régime maximal on voit que pour P2 = 4,5 bars, la plage de débit des compresseurs correspond à la plage de régime à couple maximum constant comprise entre 12,5% et 37,5% du régime maximal.
Entre 37,5% et 100% le moteur à pleine charge ne peut fonctionner qu'à débit d'air constant et donc à puissance constante.
Avec un calage des soupapes fixe le moteur à 4 temps aspire un volume proportionnel au régime qui devient supérieur au double du volume délivré par les compresseurs au dessus de 25% du régime maximal.
On fait aussi référence à la demande de brevet WO 02/48510, déposée le 14 Décembre 2001 sous le N0 PCT FR01/04006 sous priorité 10 française N0 0016422 du 15 Décembre 2000.
Cette demande prévoit de remplir ce volume excédentaire en détendant l'air comprimé par un laminage du flux d'air entre le groupe de compression et les cylindres.
Elle prévoit d'effectuer cette détente par laminage aux soupapes 15 d'admission ou par fermeture précoce de ces dernières.
La présente invention prévoit de piloter cette détente par une vanne d'admission située à la sortie du groupe de compression pour pouvoir remplir d'air frais une fraction du volume excédentaire dans certaines conditions exceptionnelles de fonctionnement.
Dans les conditions normales, la présente invention prévoit d'occuper le volume excédentaire par les gaz brûlés émis par le moteur via un conduit entre la collecteur d'échappement et le collecteur d'admission suffisamment perméable pour que le transfert s'opère sensiblement à P2=P3. Le domaine dépollué s'étend donc sur toute la plage de régimes.
La pression d'échappement étant fixée, le débit des compresseurs ne dépend que de la perméabilité du système d'échappement.
La présente invention prévoit plusieurs solutions suivant l'étendue de la plage à pression constante et la qualité des turbomachines utilisées. Dans l'ordre des plages croissantes on citera de façon non limitative les structures 30 ci après: 1) Turbines en série avec waste gate sur la turbine HP (1 à 1,8) 2) Turbines en série avec distributeur variable de la turbine HP (1 à 2) 3) Turbines en série/ parallèle avec waste gate double entre les turbines (1 à 2,4) 4) Turbines en série avec distributeurs variables des turbines HP et BP (1 à 3) 5) Turbines en parallèle (1 à 3) 6) Turbines en série parallèle avec distributeur variable de la turbine HP (1 à 4) L'invention prévoit également d'étendre les plages ci-dessus d'environ 30% par vannage du conduit de recyclage si le collecteur d'échappement 1 c peut supporter une pression de 6 bars. Dans ces conditions P3 = 1,33 P2.
Cette extension n'est plus réaliste au dessus de 3,la plage de débit est essentiellement limitée par le rendement des compresseurs au débit maximal.
Pour les moteurs à calage fixe des soupapes, l'invention favorise les 15 structures 3 et 6 qui inclut les structures 1,2 et 5.
La structure 3 bénéficie du bon rendement et de la simplicité des turbines à géométrie fixe. . La structure 6 permet une meilleure transition série/parallèle.
Le volume des gaz recyclés dépend du régime et de la section débitante 2 0 du système d'échappement.
Au régime maximal les gaz recyclés occupent 87,5% de la cylindrée pour Sd minimale et 62,5% pour Sd maximale.
Pour une température d'échappement de 9900K et une température d'air frais de 330cK les taux massiques d'EGR non refroidi correspondants sont 25 respectivement de 70% et 37,5%.
Les températures correspondantes du mélange admis sont 5180C et 304'C.On voit donc que le taux de 50% à Sd maximale implique une réfrigération des gaz de 9900K à 5500K qui donne une température d'admission de 1670C après mélange.
La production de NOX diminue avec la concentration d'oxygène du mélange comburant.
La présente invention prévoit de fonctionner majoritairement avec la concentration d'oxygène et la richesse qui donnent le meilleur compromis 5 NOX-particules avec le post traitement utilisé. Il est donc nécessaire de piloter le taux massique et la température d'EGR suivant le meilleur compromis NOX/particules mémorisé dans la cartographie du calculateur qui contrôle le moteur.
Dans l'art antérieur l'excès d'air est réglé par la section d'échappement qui 10 agit sur P2 et le taux d' EGR par la vanne EGR qui agit sur P3/ P2.
La présente invention o P3/P2 est majoritairement constant prévoit d'agir sur la température des gaz recyclés.
Des moyens sont prévus pour refroidir les gaz recyclés de préférence jusqu'à la température de l'air frais. Au-dessus d'un certain taux massique d'EGR (environ 50%), ce refroidissement réduit trop l'enthalpie disponible pour les turbines.
L'invention prévoit alors de limiter l'énergie dissipée dans le réfrigérant d'EGR par un by-pass piloté dudit réfrigérant.
Pour une section d'échappement, un couple et un régime donnés, P2 2 0 augmente et le taux de recyclage diminue quand la température EGR augmente. Ces deux effets se cumulent pour augmenter l'excès d'air et la concentration d'oxygène qui sont donc liés par une relation. La température EGR est donc un paramètre efficace pour choisir le compromis NOXparticules.
2 5 Pour simplifier les régulations et optimiser l'utilisation de l'enthalpie d'échappement, la présente invention prévoit des modes de fonctionnement à géométrie d'échappement fixe et sans laminage des flux.
Seule la température EGR est pilotée en fonction d'une cartographie EGR imposée. Cette configuration donnera toujours le meilleur compromis excès 3 0 d'air/consommation pour le taux d'EGR choisi.
Par exemple, la conduite urbaine o les accélérations et les ralentissements se succèdent à puissance réduite se fait avec des turbines à géométrie fixe travaillant en série, en ne pilotant que la température des gaz réaspirés en fonction d'une cartographie EGR.
La suite de la description concerne, à titre d'exemples, plusieurs modes de fonctionnement sélectionnés pour la conduite en ville, sur route et sur autoroute.
La liste n'est pas limitative.
GROUPE A.MOTEUR A 4 TEMPS A CALAGE FIXE DES SOUPAPES.
1 0 L'exemple chiffré est le moteur extrême des diagrammes 3A, 3B, 9 et 10.
Mode A: Conduite urbaine dépolluée.
Puissance < 0,33 Wmax turbines travaillant en série 1 5 Padm = P3 < 4,5 bars N > 0,2 Nmax La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne d'admission 105 est en pleine ouverture La vanne EGR 105 est en pleine ouverture pour maintenir la relation 20 Padmission=P2 = P3.
La guillotine 106 du by-pass du réfrigérant d'EGR est en régulation.
Le by-pass du réfrigérant d'EGR programme la température d'admission pour obtenir une cartographie d'EGR fixée à l'avance, par exemple sur la mémoire du calculateur qui contrôle le moteur.
Les compresseurs délivrent dans ces conditions un volume minimal d'air refroidi qui atteint à 4,5 bars le volume aspiré par le moteur à 0,1 Nmax.
Quand le régime augmente le moteur complète par un volume de gaz recyclé qui atteint 2 fois le volume d'air à 0,2 Nmax et 10 fois à Nmax.
La courbe d'adaptation OA des compresseurs dans les diagrammes 3 0 caractéristiques est indiqué sur la figure 9.
La fraction massique recyclée dépend de la température des gaz. Pour obtenir 50% à 0,2 Nmax, il faut refroidir les gaz jusqu'à la température de l'air en fermant (106) le by-pass du réfrigérant d'EGR.
Pour maximiser l'enthalpie disponible pour les turbines quand le 5 régime augmente, il faut augmenter la température des gaz recyclés en ouvrant progressivement la guillotine 106 en fonction du régime, de la quantité de carburant brûlé et du taux d'EGR désiré.
Le by-pass EGR 106 est en pleine ouverture pour le démarrage,le ralenti et le fonctionnement à très faible charge afin de maximiser le niveau 10 thermique dans les chambres de combustion pour réduire le bruit et les imbrûlés et maximiser le régime et la température des turbocompresseurs pour optimiser leur capacité de reprise.
Si nécessaire, le taux de recyclage en régime stabilisé peut être affiné par une position entrouverte fixe ou variable de la vanne EGR 104.
Dès que le moteur se charge,la vanne EGR s'ouvre totalement et la guillotine passe en régulation de température d'admission qui croit sensiblement de 60 à 4500C quand le régime croit de 0,2 Nmax à Nmax le taux massique d'EGR passant de 50% à 70%.
Le domaine de fonctionnement sur ce mode dépollué, qui n'implique 20 que le pilotage continu de la seule guillotine 106, est la zone ville du diagramme PME/régime 3B. Il couvre la totalité de la conduite en ville o les régimes transitoires sont fréquents. L'absence de discontinuité présente un avantage certain dans ce contexte.
La carte des pressions et des températures d'admission dans le 25 domaine est fonction de la cartographie introduite dans le calculateur de contrôle moteur pour le pilotage de la guillotine 106.
La limite supérieure du domaine correspond à la pression limite d'admission et d'échappement fixée ici à 4,5 bars.
A l'intérieur de ce mode, l'adaptation des turbocompresseurs peut être 30 légèrement modifiée en fermant partiellement la vanne EGR 104 pour avoir P3/P2 > 1. Ceci peut s'avérer nécessaire pour améliorer la garde au pompage des compresseurs très faible dans ce mode.
Le domaine de ce mode peut être étendu vers les fortes puissances en fermant la vanne EGR (104) pour que P2 = 4,5 bars et P3 > 4,5 bars. La 5 limite de cette extension est la P3 autorisée par la technologie du collecteur d'échappement.
Ce mode d'extension est simple et accroît l'excès d'air au détriment de la consommation. Il est donc intéressant en conduite urbaine o la zone étendue est peu utilisée et o les transitoires sont rapides.
Le passage de P3 =4,5 à P 3 = 6 bars permet d'accroître de 30% le domaine couvert par le mode AI dans les conditions suivantes.
On se réfère maintenant à la figure 8 qui décrit le fonctionnement de la waste gate double.
Mode Al1: Accélérations en ville dépolluées.
Puissance comprise entre 0,33 et 0,44 Wmax turbines travaillant en série Padm = 4,5 bars 4,5 bars < P3 < 6 bars 2 0 N > 0,27 Nmax La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne d'admission 105 est en pleine ouverture La vanne EGR 104 est en régulation pour maintenir Padmission=4,5 bars.
2 5 Le by-pass 106 du réfrigérant d'EGR programme la température d'admission pour obtenir une cartographie d'EGR fixée à l'avance, par exemple sur la mémoire du calculateur qui contrôle le moteur.
Mode A2: extension du mode AI limitée par le débit des turbines Conduite routière dépolluée Puissance comprise entre 0,33 W max et 0,5 Wmax Turbines travaillant en série parallèle régulée par la waste gate HP seule. Padm = P3 = 4,5 bars.
La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne EGR 104 est ouverte.
La vanne d'admission 105 est en pleine ouverture La guillotine 106 est en programmation de la température d'admission.
La partie HP de la waste gate s'entrouvre pour maintenir P2 = P3 = 4, 10 5 bars On se réfère maintenant à la figure 8 Pour fixer les idées, partons de la frontière du mode AI o les conditions initiales sont les suivantes P2=P3 La pression entre turbines P4= 2 bars Les compresseurs sont aux points A de leurs diagrammes.
Débit des compresseurs = Q Quand la waste gate HP s'ouvre progressivement pour réguler P2 = P3 = 4,5 bars jusqu'au contact avec la waste gate BP. le débit des compresseurs 2 o augmente pour augmenter la puissance délivrée par le moteur, Pendant cette manoeuvre la température d'échappement T3 s'est accrue pour compenser l'énergie dissipée par laminage; la pression P4 entre turbines est passée de 2 à 3 bars environ; le débit total des compresseurs a traversé la turbine BP dont le taux de détente est passé de 2 à 3. Le débit 2 5 des compresseurs est donc passé de Q à 1,5 Q et leurs points de fonctionnement sont passés de A à B; le débit de la turbine HP a diminué quand son taux de détente est passé de 2,25 à 1,5; le compresseur BP a accéléré et le compresseur HP a ralenti jusqu'à un point o le débit n'augmente plus.
Mode A3: extension de A2 limitée par la température d'échappement Conduite routière dépolluée.
Puissance comprise entre 0,5 Wmax et 0,8 Wmax Turbines travaillant en série parallèle régulées par les waste cates HP et BP pilotées simultanément.
Padm = P3 = 4,5 bars La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne EGR est ouverte.
La vanne d'admission est en pleine ouverture La guillotine 106 est en programmation de la température d'admission.
Les waste gate HP et BP s'entrouvrent pour maintenir P2 = P3 = 4, 5 bars Quand le débit de carburant continue de croître, les deux waste gates, de la waste gate double, appuyées l'une sur l'autre s'ouvrent simultanément 15 pour maintenir P2 = P3 = 4,5 bars.
Les rampes de laminage (voir figure 8) des waste gate sur cette partie de leur course déterminent l'évolution de la pression entre turbines P4 pendant cette phase.
P4 détermine les points de fonctionnement des compresseurs dans 2 0 leurs diagrammes. Les rampes seront définies pour un cheminement progressif entre les points B et C. Admettons pour simplifier que ce cheminement conduise à P4 =2,7 bars.
Pendant cette manoeuvre, la température T3 s'est encore accrue pour compenser l'énergie dissipée dans la décharge de la waste gate BP. Le débit 25 des deux turbines n'a pas changé sensiblement. Le débit des compresseurs s'est accru de la décharge par la waste gate BP limitée par la T3 maximale admissible. Fixons ce débit à 2,4Q au point C. Transition entre le mode A3 et le mode A4.
Les conditions initiales de la transition sont constantes sur la frontière A4 A2.Pour la compréhension de l'exposé elles sont fixées comme suit: P2 = P3 = 4,5 bars Waste gates HP et BP en décharge maximale P4 = 2, 7 bars Débit compresseurs = 2,4Q Débit turbine BP = 1,5 Q Débit turbine HP = 0,75 Q Taux de détente BP = 2, 75 10 Taux de détente HP = 1,64 Les conditions finales de la transition sont les suivantes P2 = P3 = 3 bars Débit compresseurs = 2,4Q N turbo HP inchangée 15 Débit turbine BP= 1,6 Q Débit turbine HP= 0,8 Q Taux de détente BP = 3 Taux de détente HP= 3 La transition s'effectue par le basculement rapide et simultané des 20 waste gates jusqu'au siège inférieur de la waste gate BP. Cette manoeuvre est programmée sur la courbe de T3 limite. Pour éviter que le moteur se stabilise sur la transition, la ligne de basculement A2/A5 sera différente de la ligne de basculement A5/ A2.
Pendant cette manoeuvre la P2 et la P3 passent de 4,5 à 3 bars. Le 25 débit des compresseurs reste inchangé, le débit d'EGR diminue, le débit des turbines varie peu, le taux de détente BP varie de 2,75 à 3, le taux de détente HP passe de 1,64 à 3, la vitesse du turbo BP augmente légèrement, la vitesse du turbo HP diminue légèrement.
Transition directe entre le mode A1 et le mode A4 Elle se fera par un bref passage par A4 et A5 pour limiter les discontinuités.
Mode A 4: Conduite sur autoroute économique peu dépolluée Puissance comprise entre 0,33 Wmax et Wmax Turbines travaillant en parallèle.
Padm = P3 < 4,5 bars.
N > 0,35 Nmax La waste gate double 103 est en position basse. 10 La vanne d'admission est en pleine ouverture La vanne EGR 104 est en pleine ouverture pour imposer la relation P2= P3.
Le by-pass du réfrigérant d'EGR programme la température d'admission pour obtenir une cartographie d'EGR fixée à l'avance, par 15 exemple dans la mémoire du calculateur qui contrôle le moteur.
Les compresseurs fonctionnent sur la courbe d'adaptation PC de la figure 9 avec une répartition différente des rapports de pression consécutive au fait que les puissances développées par les turbines sont dans le rapport constant de leurs perméabilités.
Le domaine couvert par ce mode est la zone autoroute du diagramme 3B.Comme pour le mode précédent sa limite supérieure correspond à la pression d'admission et d'échappement limite fixée à 4,5 bars. Il couvre l'essentiel de la conduite économique sur autoroute sans discontinuité de fonctionnement.
Ce mode à fort taux de détente des deux turbines permet des post traitements à forte perte de charge.
GROUPE B: MOTEURS A 4 TEMPS; CALAGE VARIABLE DES
SOUPAPES
Le groupe A rassemble des procédés o la géométrie variable est 30 située au niveau du groupe de turbocompression pour moduler de 1 à 3 le volume Vc d'air refroidi délivré par les compresseurs à une pression limitée à une consigne de 4,5 bars imposée par le fort taux de compression du moteur.
Comme il a été dit précédemment, le pilotage du calage des soupapes permet de moduler, de 1 à 2 environ, le volume aspiré par le moteur à un 5 régime donné en positionnant FA (fermeture d'admission) à mi-course du piston et FE (fermeture d'échappement) au PMH.
La diminution du volume trappé s'accompagne d'une diminution du taux de compression qui permet de doubler la pression de consigne à 9 bars.
De plus une modulation de 1 à 1,5 seulement, du volume Vc permet 10 de couvrir toute la plage de régime en configuration série, et d'éviter la discontinuité série/parallèle (fig N010). Dans un cycle à 4 temps le volume d'air aspiré est sensiblement la
différence entre le volume total de gaz présents dans le cylindre défini par le volume de la chambre à FA et le volume de gaz brûlés résiduels défini par le 15 volume de la chambre à FE.
Le mécanisme de recyclage se décompose alors en un recyclage interne chaud et un recyclage externe refroidi, le mélange s'effectuant à l'intérieur du cylindre. La proportion entre l'EGR chaud et l'EGR froid peut être pilotée par le calage des soupapes.
Le pilotage de FE est donc un autre moyen de moduler le volume aspiré par le moteur sans modification du taux de compression.
La réduction des NOX implique une réduction de la température pendant la combustion qui démarre à la température de fin de compression. Il est donc favorable de minimiser le taux de compression et la température 25 EGR.
Par ailleurs, la perte triangulaire de cycle qui accompagne la détente de Joule à l'ouverture de l'échappement peut être récupérée par deux turbines en série qui prennent en charge une partie du travail de compression du piston.
Pour maximiser le couple à bas régime et faciliter le démarrage à froid, FA doit intervenir au voisinage du point mort bas du piston pour maximiser le volume trappé aux bas régimes.
Pour augmenter la pression d'admission en respectant la limite de 5 pression dans le cylindre il faut donc réduire le taux de compression effectif en avançant ou retardant FA.
Le plus simple est de retarder FA en acceptant le reflux d'une partie de l'air aspiré dans le collecteur d'admission.
Deux compresseurs en série délivrent naturellement une pression 10 proportionnelle à la puissance qui peut atteindre 8 à 10 bars à pleine puissance.
Si les pressions maximales d'admission et d'échappement passent, par exemple, de 4,5 à 9 bars, le domaine en mode AI est doublé au prix d'une technologie haute pression pour les conduits HP facilitée par la 's réduction de 50% des sections débitantes.
Le retard FA doit alors passer de 20 à 90 degrés vilebrequin (dv) environ pour diviser par 2 le volume trappé.
Cette stratégie permet d'exploiter les compresseurs sur la plage restreinte de i à 1,5 o les rendements peuvent être optimisés pour tolérer 2 0 un taux de by-pass de la turbine HP voisin de 30% à pleine puissance.
Dans ces conditions le mode AI étendu couvre la totalité du domaine des modes A2, A3 avec un taux de dépollution totale et une régulation limitée au pilotage du bypass EGR et de l'angle de FA.
La waste gate HP peut être gérée comme un simple clapet limiteur de 2 5 pression.
Ce mode Blet son extension se différencient du mode Ai et ses extensions par le pilotage de FA qui règle le volume d'EGR pour chaque régime du moteur et donc la pression P2.
Le pilotage de FA peut se substituer au pilotage du by-pass du réfrigérant EGR qui module la température EGR. Le maintien du by-pass piloté présente néanmoins les avantages suivants: Maintien du mode Alquand P2 < 4,5 bars, pour éviter le déphasage 5 des arbres à cames dans les transitoires rapides de la conduite urbaine, FA pouvant alors être pilotée plus lentement à forte puissance pour limiter la pression cylindre quand P2> 4,5 bars.
Possibilité de programmer deux ou trois valeurs fixes de l'angle FA et de maintenir la fonction régulation du by-pass piloté.
Maintient de l'EGR chaud à très basse puissance.
Réduction du délai d'allumage à FA très retardée o le taux de compression effectif est très bas.
Mode BI: mode AI étendu se substitue à A2 et A3 Conduite en ville et routière dépolluée; Puissance comprise entre 0,33 Wmax et 0, 67 Wmax Turbines en série 4,5 <Padm = P3 < 9 bars FE au PMH Fermeture admission programmée pour limiter la pression 2 0 cylindre N> 0,2 Nmax La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne d'admission est en pleine ouverture La vanne EGR 104 est en pleine ouverture pour maintenir la relation 25 Padmission=Péchappement (P2 = P3).
La guillotine 106 est en régulation.
Le by-pass du réfrigérant d'EGR programme la température d'admission pour obtenir une cartographie d'EGR fixée à l'avance, par exemple sur la mémoire du calculateur qui contrôle le moteur.
L'angle de FA est piloté de façon discrète ou continue pour limiter la pression maximale dans le cylindre.
Mode B2: mode BI étendu EGR externe seul.
Conduite sur autoroute dépolluée Puissance comprise entre 0,67 Wmax et Wmax Turbines en série/ parallèle Padm = P3 = 9 bars FE au PMH FA à mi course.
N > 0,4 Nmax La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne d'admission 105 est en pleine ouverture La vanne EGR 104 est en pleine ouverture pour maintenir la relation Padmission=Péchappement (P2 = P3).
Le by-pass du réfrigérant d'EGR programme la température d'admission pour obtenir une cartographie d'EGR fixée à l'avance, par exemple sur la mémoire du calculateur qui contrôle le moteur.
FA reste en position retardée.
La waste gate HP s'entrouvre pour maintenir P2 = P3 = 9 bars.
2 0 Le dispositif habituel de distribution variable consiste en un déphasage piloté des arbres à cames qui commandent généralement deux soupapes par arbre.
Le déphasage d'une soupape entraîne donc le même déphasage sur une autre soupape dont l'effet est négligeable au voisinage des points morts 2 5 des pistons.
Par exemple, la variation de FA seulement est possible pour une culasse à 4 soupapes et deux arbres à cames qui actionnent respectivement une soupape d'admission et une soupape d'échappement avec les diagrammes ci après: Un arbre à came fixe commande l'ouverture de la phase d'admission ainsi que l'ouverture et la fermeture de la phase d'échappement avec par exemple: (R = retard, A = avance, O = ouverture, F = fermeture, 1 = arbre à came fixe, 2 = arbre à came déphasable). Les valeurs sont en degrés vilebrequin.
ROA1 =0 AOE 1 = 20 RFA1 = 20. AFE1 = 0 L'autre arbre à came déphasable commande uniquement la fermeture de la phase d'admission avec par exemple: 10 P2 < 4,5bars ROA2 = 0 AOE2 = 20 RF A2 = 20 AFE2 = 80 P2 = 9 bars ROA2 =80 AOE2 = - 60 RFA2 = 100 AFE2 = 0 Mode B3: mode A1 étendu. EGR externe et interne. Se substitue à B2 Fermeture admission, fermeture échappement et ouverture admission variables.
Turbines travaillant en série 2 0 4,5 bars < P2 = P3 < 9 bars La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne d'admission 105 est en pleine ouverture La vanne EGR 104 est en pleine ouverture pour maintenir la relation Padmission=P2 = P3.
2 5 Le bypass 106 du réfrigérant EGR est fermé ou éliminé L'EGR interne chaud est piloté par FE L'EGR externe refroidi est piloté par FA OA intervient approximativement quand la pression cylindre croise Padm FA est piloté pour limiter la pression maximale du cycle.
Le retard de FA s'accompagne d'un retard égal de OA qui intervient 80 degrés après le PMH à haut régime. Pour éviter des pertes de pompage il faut simultanément avancer FE pour retenir des gaz chauds dont la pression croise la pression d'admission à OA.
Le mélange comburant s'effectue dans le cylindre pendant le remplissage avec une possibilité de stratification décrite dans le brevet US No 5,551, 954.
La ou les soupapes d'admission sont actionnées par un arbre à cames d'admission déphasable.
La ou les soupapes d'échappement sont actionnées par un deuxième arbre à cames d'échappement déphasable.
Le taux d'EGR chaud est piloté par FE.
Le complément d'EGR froid est piloté par FA.
Les déphaseurs sont actionnés selon une cartographie des taux 15 d'EGR chaud et froid.
Si la section d'échappement est sous dimensionnée la pression au PMH croisement croît naturellement avec la vitesse des pistons. Il suffira donc d'un déphasage plus réduit de l'arbre d'échappement. On pourra choisir
par exemple:
P2 =P3<4,5 bars ROA= 0 AOE =0 RFA =20 AFE =25 P2 = P3 = 9 bars ROA = 80 AOE =30 RFA = 100 AFE =55 Une partie des gaz est ainsi retenue à l'intérieur du cylindre et le mélange avec les gaz froids s'effectue pendant la phase de remplissage avec une possibilité de stratification. Le déphasage échappement se substitue alors au by-pass du réfrigérant pour réguler la température d'EGR.
Ces cycles qui présentent une recompression des gaz au PMH croisement peuvent créer des problèmes de lubrification de l'axe du piston connus sur les 2 temps.
Mode B4: mode B2 ou B3 étendu Turbines en série/ parallèle P2=P3=9 bars La waste gate double 103 est en position haute.
La vanne d'admission 105 est en pleine ouverture La vanne EGR 104 est en pleine ouverture pour maintenir la relation. i0 Le bypass 106 du réfrigérant EGR est fermé ou éliminé FA reste en position retardée FE est retardée pour réduire l'EGR interne quand le débit de carburant croît, La waste gate HP s'entrouvre pour maintenir P2 = P3 = 9 bars 's Mélange de l'EGR chaud et des gaz frais dans le cylindre.
Les méthodes d'alimentation qui laissent des gaz brûlés résiduels après la fermeture du cylindre présentent l'avantage de permettre une stratification des températures et des concentrations dans la chambre de combustion.
Cet avantage est exploité par l'invention décrite dans le brevet US No 5517954 pour réduire le délai d'allumage des moteurs diésel à faible taux de compression dont le point d'allumage est réglé par l'injection directe du carburant liquide à haute pression.
Le brevet US 5,517,954 est ici incorporé par référence pour l'obtention 25 de la stratification.
Récemment sont apparus des procédés de combustion en prémélange homogène o le carburant est vaporisé dans la charge comburante avant ou pendant la phase de compression qui précède la combustion dans le cylindre comme les moteurs à allumage commandés par une étincelle.
Ces nouveaux procédés s'en distinguent par le fait que l'autoallumage est déclenché par l'échauffement dû à la compression.
L'écueil de ces solutions est le caractère détonnant de l'autoallumage simultané en tous points d'un volume de la chambre de combustion.
La présente invention permet de piloter l'alimentation du moteur en air frais, EGR externe refroidi et EGR interne non refroidi pour créer une stratification des températures et des concentrations dans la chambre au point mort haut combustion.
Pour les moteurs o le carburant est vaporisé dans la charge 10 comburante avant ou pendant la compression, l'invention prévoit d'organiser cette stratification pour que l'autoallumage par compression s'étende progressivement des zones chaudes vers les zones froides de la chambre de combustion quand la pression des gaz augmente.
L'autoallumage simultané concerne ainsi des surfaces de la charge 15 réactive et non plus des volumes détonants.
Le taux de dégagement d'énergie instantané est proportionnel à la valeur de la surface en cours d'autoallumage et à la concentration de vapeur de carburant sur cette surface.
En plus des gradients de température et de concentration, on dispose 20 donc des paramètres géométriques de la chambre de combustion pour régler la progressivité dans le temps du dégagement d'énergie.
Le point d'allumage est avantageusement piloté par l'angle de vilebrequin à la fermeture du cylindre qui règle simultanément la quantité de gaz chauds recyclés et le taux de compression effectif qui les porte à la 25 température d'autoallumage.
Un autre mode de pilotage du point d'allumage est la température d'EGR.
Le carburant peut être vaporisé dans l'air pur entre le compresseur et le mélangeur d'EGR externe pour un réglage précis de la richesse de la 30 charge réactive.
Le carburant peut aussi être introduit dans le mélange air/EGR externe en amont du cylindre, dans les orifices d'admission ou à l'intérieur du cylindre avant et/ou pendant la compression.
Cet autoallumage par compression d'une charge carburée stratifiée 5 peut conduire à une combustion non détonante sans particules ni NOX si les conditions locales de température et de concentrations sont bien contrôlées.
Le premier allumage peut être déclenché par une étincelle électrique ou une injection haute pression.
Pour garantir une symétrie de révolution de la charge comburante, il 10 est avantageux d'orienter les flux de gaz froids introduits dans le cylindre pour créer un mouvement de rotation de la charge comburante.
La structure la mieux adaptée au contrôle de la stratification est le moteur à 2 temps axisymétrique décrit dans le brevet US N0 5555859, étant entendu que dans la présente invention le carburant peut être vaporisé 15 comme décrit ci-dessus Le brevet US 5,555,859 est également ici incorporé par référence pour l'obtention de la stratification.
Une architecture plus classique permet néanmoins une organisation de révolution autour de l'axe du cylindre par les dispositions suivantes: Les modes B2 et B21 prévoient un volume d'admission limité au volume aspiré par le moteur à 1400 t/mn. La section des orifices d'admission peuvent donc être ramenées à 28% de leur valeur normale.
Ceci permet de n'utiliser qu'un secteur de l'orifice variable constitué par la soupape et son siège.
Deux géométries bien adaptées sont décrites ci après pour une culasse à 4 soupapes: La figure 11 représente l'architecture classique d'une culasse plane portant quatre soupapes d'axes perpendiculaires au plan de culasse et dont les faces coté cylindre sont dans le plan de culasse en position fermée afin 3 0 de respecter la géométrie de révolution de la chambre de travail des gaz.
Les deux soupapes d'admission A sont identiques et diamétralement opposées pour créer un écoulement symétrique par rapport à l'axe du cylindre qui acquiérera la symétrie de révolution en fin de compression. Elles sont placées au plus près du cylindre.
Les deux soupapes d'échappement E sont identiques et diamétralement opposées sur un diamètre qui peut être décalé de 70 à 90 degrés par rapport à celui des admissions pour éviter les interférences entre les jets d'air et les têtes des soupapes d'échappement en situation de croisement (cas du 2 temps).
L'injecteur est implanté de façon classique au centre du motif des soupapes.
La chambre de combustion toroidale est située dans le piston et lui est coaxiale. Son col est choisi pour créer la stratification désirée.
Les phases de remplissage et d'évacuation étant largement séparées 15 il n'y a pas de risque d'interférence entre le piston et les soupapes. Le piston ne comporte donc pas d'embrèvements pour les soupapes qui détruiraient la géométrie de révolution.
Pour générer un écoulement rotatif les pipes d'admissions orientent l'écoulement vers le piston tangentiellement au cylindre au voisinage des 20 sièges de soupapes. Deux architectures sont possibles suivant la levée des soupapes: Tuyère d'admission adaptée aux fortes levées. Les pipes d'admission 151 se terminent en amont du siège par une tuyère convergente oblongue dont le col 152 est défini par un demi cylindre supérieur s'appuyant sur le 25 bord amont du siège conique et tangeant à ce dernier le long de sa génératrice située dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan passant par 1' axe du siège et par l'axe du cylindre et par un cylindre inférieur couvrant la moitié de la tête de soupape opposée à la dite génératrice.
La levée des soupapes est telle qu'elles n'interfèrent pas avec la veine 30 fluide issue de la tuyère, cela au moins à pleine ouverture.
Les tuyères seront par ailleurs orientées pour créer une vitesse tangentielle dans des sens opposés.
Tuyère d'admission adaptée aux faibles levées. La portée d'étanchéité conique des soupapes d'admission se prolonge par une partie cylindrique de 5 hauteur légèrement supérieure à la levée desdites soupapes, les sièges coniques desdites soupapes sont disposés au fond de logements cylindriques 153 aménagés dans la culasse pour recevoir lesdites parties cylindriques desdites soupapes, de telle sorte que la face inférieure plane des soupapes soit dans le plan de la culasse quand elles reposent sur leurs sièges. Le jeu 10 diamétral entre les logements et les prolongements cylindriques des soupapes est minimal.
Des évidements sont pratiqués dans la culasse à l'intérieur des frontières suivantes: 1) Deux portions de cylindre concentriques à l'alésage et tangentes 15 extérieurement et intérieurement à l'évidemment cylindrique de chaque soupape, la portion cylindrique extérieure pouvant être confondue avec le cylindre.
2) Une surface conique prolongeant le demi siège de la soupape délimité par un plan passant par son axe et l'axe du cylindre.
2 0 3) Les évidements seront par ailleurs orientés pour créer une vitesse tangentielle dans des sens opposés.
L'angle des sièges d'admission est choisi entre 90 et 120 degrés pour optimiser la stratification de la charge comburante.
GROUPE C: MOTEURS A 2 TEMPS AUTO-BALAYE A CALAGE 25 VARIABLE DES SOUPAPES.
Dans un contexte de recyclage, le cycle à deux temps à distribution variable autobalayé présente les avantages suivants: > Recyclage interne chaud naturel et disparition du handicap de remplissage historique des 2 temps.
> Doublement de la puissance spécifique, le rendement volumétrique des deux cycles étant identiques.
> Diminution du délai entre la génération des radicaux actifs présents dans les gaz brûlés retenus dans le cylindre et leur utilisation au cycle suivant.
> Diminution du temps de présence des gaz résiduels dans le cylindre et des pertes thermiques associées.
> Disparition des pertes de pompage du 4 temps.
> Moindres pertes par frottement en l'absence de compresseur de balayage attelé au moteur.
> Double taux d'utilisation des unités d'injection à haute pression.
> Variation importante et réglable du rapport entre taux de détente et taux de compression.
> Excellente transition entre la phase atmosphérique et la phase turbocompressée.
Par contre la réfrigération de l'EGR implique des aménagements spéciaux.
Pour simplifier la comparaison, la cylindrée du moteur à 2 temps est moitié de celle du moteur à 4 temps décrit plus haut et le cahier des charges est identique.
Il est dépourvu de pompe de balayage entraînée par l'arbre moteur.
Dans le but de diminuer la température de début de combustion et d'augmenter, les phases propulsives turbocompressées sont exécutées sur un cycle asymétrique à fort taux de détente et faible taux de compression.
Ceci permet en outre de pousser la pression d'admission en respectant la 25 limite autorisée comme dans les modes B. La partie initiale de la course de compression est alors utilisée pour les transferts de gaz.
L'évacuation des gaz brûlés est assurée par un ou des orifices d'échappement situés dans la culasse et fermés par des soupapes commandées par un ou des arbres à came déphasables par rapport au vilebrequin.
Le remplissage est assuré par des lumières en bas de cylindre ouvertes par le piston au voisinage du point mort bas ou, de préférence, par au moins 5 un orifice d'admission situé dans la culasse et orienté vers le piston et fermé par au moins une soupape d'admission commandée par un ou des arbres à came fixes ou déphasables.
L'architecture à soupapes d'admission directives déjà décrite figure 11 peut être utilisée pour balayer un cycle à 2 temps.
La philosophie d'alimentation s'apparente aux modes B. On se réfère maintenant à la figure 6.
La structure d'alimentation est celle du 4 temps dont la vanne d'admission et le by-pass EGR ont été supprimés.
La vanne EGR 104 a été remplacée par un clapet anti-retour ou une diode 15 aérodynamique 204.
La turbocompression est adaptée à 0,1 Nmax et capable d'une pression maximale de 9 bars.
Le groupe de turbocompression est du type configuration série défini pour les procédés B. Le remplissage par des gaz froids s'effectue quand la pression dans le cylindre est inférieure à la pression d'admission après la décharge de la pression Po en fin de détente.
Le recyclage externe implique que la pression des gaz soit supérieure à la pression d'admission.
Cette condition est remplie périodiquement dans un collecteur d'échappement pulsé.
La pression Pf dans le cylindre à la fermeture du cylindre est la pression de fin de balayage, voisine de la pression d'admission.
La fraction de gaz recyclable extérieurement contre la pression d'admission est donc sensiblement égale à Po/ Pf o Po est la pression dans le cylindre à l'ouverture de la phase d'échappement.
La masse de gaz étant constante entre FE et OE on peut écrire: Po/ Pf = Vf/ VO x To/ Tf O Vo et Vf sont les volumes occupés par les gaz à OE et FE O To et Tf sont les températures absolues des gaz à OE et FE Le rapport Vf/ Vo, qui n'est autre que le rapport entre le taux de détente et le taux de compression, est pilotable par déphasage des arbres à 10 cames.
Le rendement thermodynamique s'améliorant quand Vf augmente on favorise les calages de OE au voisinage du PMB.
Tf est la température totale à l'entrée des turbines qui varie peu entre 900 et 11 000K pour une turbocompression à 2 étages o P3 reste voisin de 15 P2 To est la température de mélange de l'air frais à 330'K, de l'EGR froid à 330'K et de l'EGR interne à Tf.
Pour 50% d'EGR froid il faut que: Po/ Pf = 2 Pour le taux de détente maximal: Vo = C (volume cylindre au 20 PMB) Choisissons par exemple; Tf = 990 K En EGR froid: To = 330 K Il vient donc: Vf/ Vo = Po/ Pf x Tf/ To = 2/ 3 On peut donc dire qu'un calage de soupapes respectant ces conditions 25 génère un taux d'EGR froid voisin de 50% quand le volume excédentaire est occupé par de l'air pur.
Ce pourcentage varie rapidement autour de ce calage et peut donc être piloté aisément.
Pour OE au PMB et FE à 70 dv après le PMB nous avons: L'EGR externe occupe, à la pression P2, un volume sensiblement égal à C et à C/ 3 après refroidissement.
Le volume trappé étant 2C/ 3, le volume disponible pour l'air frais et les gaz résiduels est égale à C/ 3.
La turbocompression adaptée à 0,1 Nmax donnera donc un taux d'EGR externe de 50% 0,3 Nmax L'EGR interne croit linéairement au-dessus de ce régime en augmentant Tf.
Il s'ensuit que Pf / Po = 2/ 3 x 990/ To décroît avec le régime.
L'EGR interne se substitue progressivement à l'EGR externe quand le régime augmente à calage fixe des soupapes.
Pour obtenir le taux de 50% à 0,2 Nmax il faut avancer les calages de soupapes pour augmenter Vf/ Vo jusqu'à obtenir Pf = 3 Po Nous avons fait l'hypothèse que la totalité de la bouffée 15 d'échappement est recyclée extérieurement. Ceci n'est pas réaliste avec la présente architecture.
Une description plus détaillée de modes de fonctionnement à collecteur d'échappement pulsé est donnée ci après.
Le clapet EGR anti-retour risquant d'être bruyant, on choisit la diode 2 0 aérodynamique pour les moteurs silencieux.
La diode peut se résumer à un orifice calibré comportant un pavillon d'entrée ne convergent coté collecteur assurant un coefficient de débit voisin de 1 et une sortie à bords vifs offrant un coefficient de 0,5 à l'écoulement de reflux.
La bouffée d'échappement se partage entre la turbine et le conduit de recyclage au prorata de leurs sections débitantes.
Le débit entrant dans la diode profite d'un fort taux de détente qui peut atteindre 3. Le débit de reflux généré par un taux de détente limité à 1, 2 est, en plus, divisé par 2 par son coefficient de débit.
* La diode peut être dimensionnée pour absorber la masse de gaz suffisante au recyclage externe. Cette masse peut être pilotée par FE et/ou OE qui agissent sur la pression Po en fin de détente.
Un réglage fin est assuré par la section variable de la diode pilotée par 5 exemple par un corps central conique relié à un actuateur capable de fermer totalement la diode.
La figure 6 décrit le cas le plus simple d'un arbre à cames unique déphasable commandant l'admission et l'échappement avec la séquence suivante: OA 30 dv après FE FA = FE = 70 dv après OA Démarrage à froid, accélération des turbocompresseurs, frein moteur.
Turbines travaillant en série Diode 204 fermée OE = 100 dv avant le PMB OA = 70 dv avant le PMB FE= FA= PMB Après OE les gaz à hautes pression et température sont détendus sur la turbine HP via la soupape E et laissent une dépression dans le cylindre 20 complété par de l'air frais à OA. Un mélange très chaud est recomprimé au deuxième cycle pour installer très rapidement un niveau thermique suffisant pour un allumage silencieux et une catalyse efficace.
Ralenti économique Turbines travaillant en série 25 Diode 204 fermée OE = 80 dv avant le PMB OA = 50 dv avant le PMB FE = FA = 20 dv après le PMB Mode Cl: conduite urbaine dépolluée puissance < 0,33 Wmax Turbines fixes travaillant en série P3 pulsée autour de P2 < 4,5 bars Taux d'EGR externe piloté par la section diode.
OE = 50 dv avant le PMB OA = 20 dv avant le PMB FE = FA = 50 dv après le PMB La bouffée d'échappement porte une fraction de la masse de gaz 10 chauds présents dans le cylindre qui est fonction de Pc/ Pad et qui varie très vite avec le calage de FE et OE distants de 100 dv dans le cas présent.
On a vu précédemment qu'en EGR froid cette fraction passe de 3 pour un calage symétrique FE = 50 dv après le PMB à 1 pour FE = 110 dv après le PMB.
L'avance de l'arbre à cames augmente donc simultanément le débit dans la turbine et dans le conduit de recyclage dans des proportions qui peuvent être réglées par la section de la diode.
A section fixe de la diode, un calage avancé augmente P2 et le taux d'EGR externe.
A calage fixe des soupapes l'ouverture de la diode diminue la P2 et augmente le taux d'EGR externe.
A section diode et calage fixes, l'augmentation du régime diminue le taux de livraison d'air frais qui est remplacé par l'EGR interne chaud avec déplacement du cycle vers la droite du diagramme entropique.
Le rapport Po/ Pf diminue quand le régime augmente pour passer de 3 à 1400 t/mn à 1,3 pour 5000 t/ mn En résumé l'EGR chaud remplace progressivement l'EGR froid quand le régime augmente.
Quand le débit moyen à travers la diode s'annule, elle doit être fermée 3 0 pour éviter un bypass admission échappement.
Mode C2: Conduite sur route partiellement dépolluée.
Puissance variant de 0,33 à 0,66 Wmax Turbines fixes travaillant en série 4,5 bars < P2 < 9 bars N > 0,2 Nmax Diode active à bas régime.
FE programmé entre 60 et 90 dv après le PMB en fonction de la P2 pour limiter la pression maximale du cycle Quand P2 passe de 4,5 bars à 9 bars il faut retarder le calage pour respecter la pression limite dans le cylindre.
L'EGR externe diminue au profit de l'EGR interne.
Mode C3: conduite sur autoroute peu dépolluée 15 Puissance variant entre 0,66 et wmax P2 = 9 bars régulée par l'ouverture de la turbine HP (Waste gate ou distributeur variable).
N > 0,4 Nmax Diode fermée 2 0 FE = 90 dv après le PMB GROUPE D: STRUCTURE ADAPTEE AUX MOTEURS FUTURS Pour les moteurs futurs à 4 ou à 2 temps, l'invention prévoit une deuxième structure d'alimentation décrite ci après dans le cas du 2 temps (Fig N07): Elle présente l'avantage de recycler extérieurement la totalité de la bouffée d'échappement.
Le moteur comporte deux soupapes d'échappement par cylindre dont I' une(ER) est affectée au conduit de recyclage externe et l'autre (ET) à l'alimentation de la turbine, le moteur portant alors deux collecteurs 3 0 d'échappement CT et CR.
Une vanne distributrice VD permet de répartir le flux du collecteur CR entre le collecteur CT et le conduit de recyclage.
Quand les deux soupapes sont ouvertes que la vanne est en position neutre et que la pression dans le cylindre est supérieure à P2, le cylindre 5 alimente en parallèle la turbine et le recyclage, la turbine prélevant prioritairement son débit.
Quand une seule soupape est ouverte et que la vanne isole les deux collecteurs, le cylindre alimente l'un ou l'autre circuit.
La vanne doit fermer le conduit de recyclage quand la pression 10 cylindre est inférieure à P2 et que ER est ouverte pour éviter un by-pass admission échappement. Les deux soupapes alimentent alors la turbine.
Dans le cas d'un cylindre avec des lumières d'admission, on effectue le recyclage par bouffée avant le balayage à base puissance et le recyclage par refoulement après la balayage à haut régime.
Dans le cas de l'admission par soupape, on peut choisir la position du balayage.
Le balayage au PMB, avant recyclage, a l'avantage de limiter les pertes d'air dans l'échappement.
En effet les jets de gaz frais dirigés vers le piston sont moins perturbés 20 par la vitesse des gaz en cours d'évacuation. De plus l'air mélangé au volume recyclé n'est pas perdu pour la combustion.
La spécialisation des soupapes d'admission peut aussi s'envisager quand on recherche une stratification de la masse comburante.
La description ci-après concerne le deuxième cas d'admission par 25 soupapes avec recyclage avant balayage.
On prendra comme exemple un arbre à cames de balayage fixe 210 qui commande l'admission et ET et un arbre à cames de recyclage déphasable 211, avec déphaseur 212 qui contrôle ER. Les cames sont calées comme suit: 3 0 Arbre de balayage: OA = OET = 20 dv avant le PMB FA = FET = 50 dv après le PMB Arbre de recyclage FER = 60 dv après OER Démarrage à froid, accélération des turbocompresseurs, frein moteur.
Turbines travaillant en série La vanne VD bloque le recyclage OER = 90 dv avant le PMB FER = 30 dv avant le PMB OET =OA = 20 dv avant le PMB FA= FET = 50 dv après le PMB Après OER les gaz à hautes pression et température sont détendus sur la turbine HP via la soupape ER et laissent une dépression dans le cylindre complété par de l'air frais au PMB.Un mélange très chaud est 15 recomprimé au deuxième cycle pour installer très rapidement un niveau thermique suffisant pour un allumage silencieux et une catalyse efficace.
Ralenti économique Turbines travaillant en série La vanne VD bloque le recyclage 20 OER = 70 dv avant le PMB OET =OA = 20 dv avant le PMB FER= 10 dv avant le PMB FA= FET = 50 dv après le PMB Mode D1 Conduite urbaine dépolluée. Puissance < Wmax/3 Turbines travaillant en série La vanne VD est en position recyclage.
OER = 60 dv avant le PMB OET =OA = 20 dv avant le PMB FER = PMB FA= FET = 50 dv après le PMB P2 < 4,5 bars N > à,2 Nmax La vanne VD est en position recyclage.
Il existe un débit de recyclage quel que soit le régime.
Mode D2 Conduite routière dépolluée.
Puissance comprise entre 1/3 et 2 13 Wmax 10 Turbines travaillant en série La vanne VD est en position recyclage.
OET =OA = 20 dv avant le PMB OER = 30 dv après le PMB FA= FET = 50 dv après le PMB 15 FER = 90 dv après le PMB 4,5 bars < P2 < 9 bars N > 0,4 Nmax EGR froid Pendant la transition qui s'effectue rapidement, les soupapes ER et ET 20 sont ouvertes simultanément pendant un court instant.
Quand Pcylindre > P2 un flux s'établit du cylindre vers le conduit de recylage.
Quand Pcylindre < P2 un reflux remplace l'EGR froid présent dans l'air de balayage sans perturber le fonctionnement des turbines. 25 Mode D3 Conduite sur autoroute.
Puissance variant entre 2/3 et 3/3 Wmax peu dépolluée.
Turbines travaillant en série.
La vanne VD bloque le recyclage. Les soupapes ER et ET alimentent la turbine à débit augmenté.
OET =OA = 20 dv avant le PMB OER = 30 dv après le PMB FA= FET = 50 dv après le PMB FER = 90 dv après le PMB P2 = 9 bars régulée par l'ouverture de la turbine HP (Waste gate ou distributeur variable).
N > 0,4 Nmax EGR interne chaud.
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Claims (37)

REVENDICATIONS
1. Moteur alternatif utilisé entre un régime de rotation minimum Nmin et un régime maximum Nmax qui comporte un groupe de turbocompression (2) dimensionné pour être en fonctionnement autonome quand: > Il alimente en air le collecteur d'admission (8) du moteur via un réfrigérant > Il est alimenté en gaz par le collecteur d'échappement (9, CR et CT) du moteur à la température d'échappement > La pression d'alimentation turbine (P3) est sensiblement égale à la 10 pression de refoulement compresseur (P2) De telle façon que, à température d'air constante et à géométrie fixe, la turbocompression délivre un volume d'air refroidi Vc sensiblement constant quand la pression varie.
et que le volume Vc est sensiblement proportionnel à la section 15 débitante Sd offerte aux gaz chauds, caractérisé par le fait que la pression turbine (P3) est maintenue sensiblement égale à la pression compresseur (P2) par un by-pass EGR (3) entre le collecteur d'admission (8) et le collecteur d'échappement (9) dimensionné pour transférer le débit de gaz d'échappement vers le collecteur d'admission sans perte de charge 20 significative, le volume d'air refroidi Vc est inférieur au volume aspiré par le moteur au régime Nmax de telle sorte qu'un débit de gaz chauds est réaspiré par le moteur via le by-pass (3) au-dessus du régime Na, dit régime d'adaptation de la compression, o le volume aspiré est égal à Vc, et un débit d'air est détourné vers la turbine au-dessous du régime Na.
2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le by-pass EGR (3) comporte une vanne EGR (6) permettant d'augmenter la pression turbine au dessus de la pression compresseur.
3. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le groupe de turbocompression comporte une vanne d'admission (7) située sur le conduit de refoulement de l'air comprimé permettant d'augmenter la pression compresseur au dessus de la pression turbine.
4. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le conduit 5 bypass EGR (3) comporte un réfrigérant de gaz (4) à température réglable de préférence jusqu'à une température voisine de celle de l'air frais.
5. Moteur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le réglage de la température s'effectue en pilotant un bypass du réfrigérant.
6. Procédé d'alimentation d'un moteur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la température EGR est pilotée pour créer l'excès d'air désiré pour la combustion dans le moteur.
7. Procédé d'alimentation d'un moteur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la température EGR est pilotée pour que la masse de gaz recyclés reste sensiblement égale à la masse de l'air frais jusqu'au régime o cette température rejoint la température d'échappement, au delà de ce régime la masse recyclée devenant supérieure à la masse de l'air frais.
8. Procédé d'alimentation d'un moteur selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le réfrigérant d'air est totalement bypassé quand le moteur ne délivre pas de puissance propulsive.
9. Procédé d'alimentation selon la revendication 8 caractérisé par le fait que pour le démarrage à froid et le fonctionnement au ralenti, le réglage des vannes (6) et (7) et/ou le calage des soupapes est réglé pour que l'excès d'air de combustion soit minimal pour le niveau de dépollution désiré.
10. Moteur selon les revendications 1 et 4 caractérisé par le fait que le régime d'adaptation Na est sensiblement égal à Nmin/ 2 pour que le volume de gaz recyclés soit au moins égal à celui de l'air frais, la température minimale des gaz recyclés étant, de préférence, voisine de la température de 5 l'air frais afin que la masse des gaz recyclés soit au moins égale à celle de l'air frais au régime minimal utilisé N min pour dépolluer tout le domaine d'utilisation du moteur.
11. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le groupe 10 de turbocompression comporte un turbocompresseur basse pression BP et un compresseur haute pression HP dont les compresseurs travaillent en série avec, de préférence, une réfrigération de l'air entre les compresseurs, la section débitante d'échappement Sd pouvant être réglée entre un minimum Sd min et un maximum Sd max par l'un ou une combinaison des moyens 15 suivants: réglage de la section variable du distributeur de gaz des turbines, ouverture d'un by-pass entre l'entrée et la sortie des turbines, passage d'une configuration série à une configuration parallèle des turbines, 2 0 le régime d'adaptation de la turbocompression Na devenant ainsi réglable, de manière continue ou discontinue, entre deux valeurs Na min et Na max. Dans la suite, un by-pass entre l'entrée et la sortie d'une turbine sera nommé waste gate.
12. Moteur selon la revendication 11 caractérisé par le fait que la section minimale débitante Sd min offerte aux gaz est constituée par les deux turbines montées en série en fermeture maximale si leur distributeur est variable et toutes waste gate fermées s'il en existe.
13. Moteur selon la revendication 12 caractérisé par le fait qu'il fonctionne sur un cycle à 4 temps et que le calage des soupapes est fixe.
14. Moteur selon la revendication 13 caractérisé par le fait que la 5 section débitante maximale Sd max offerte aux gaz est constituée par deux turbines à distributeurs fixes montées en parallèle et que pour passer les turbines de la configuration série à la configuration parallèle on effectue successivement les manoeuvres suivantes: ouverture partielle progressive de la waste gate HP, ouverture partielle progressive et simultanée des waste gate HP et BP, simultanément et rapidement: ouverture totale de la waste gate HP, fermeture totale de la waste gate BP, mise en communication de la sortie de la turbine HP avec la sortie de la turbine BP.
15. Moteur selon la revendication 13 caractérisé par le fait que la section débitante maximale Sd max offerte aux gaz est constituée par une turbine BP à distributeur fixe et une turbine HP à distributeur variable montées en parallèle, le distributeur HP étant en pleine ouverture et que pour passer les turbines de la configuration série à la configuration parallèle on 2 0 effectue successivement les manoeuvres suivantes: ouverture progressive du distributeur de la turbine HP, ouverture partielle progressive de la waste gate BP, simultanément et rapidement: fermeture totale de la waste gate BP et mise en communication de la sortie de la turbine HP avec la sortie de 25 la turbine BP.
16. Procédé d'alimentation d'un moteur selon l'une des revendications 2, 3 ou 11 caractérisé par le fait que pour limiter la fréquence des changements de configuration, on immobilise la géométrie pour un type de 30 conduite qui met en oeuvre une plage limitée de puissance, par exemple la configuration série pour la conduite en ville et la configuration parallèle pour la conduite sur route, les seuils de puissance correspondant à chaque configuration pouvant être franchis pour des manoeuvres de courtes durées, telles les accélérations, les dépassements, les pointes de vitesse, etc. le franchissement des seuils pouvant se faire comme suit: par fermeture de la vanne EGR si la pression dans le collecteur d'échappement peut être augmentée, par ouverture d'une ou deux waste gate si la température d'échappement peut être augmentée, par fermeture de la vanne d'admission si la pression maximale de cycle est atteinte ou si les compresseurs sont près de leur débit maximal.
17. Moteur selon la revendication 14 caractérisé par le fait que la 15 waste gate BP comporte un deuxième siège pour effectuer simultanément la fermeture du bypass entré sortie turbine PB et la mise en communication sortie turbine HP sortie turbine BP.
18. Moteur selon la revendication 14 caractérisé par le fait que les 2 0 deux waste gate sont concentriques et comportent des butées de telle sorte que leurs mouvements simultanés soient actionnés par l'une d'elles et communiqués à l'autre par lesdites butées.
19 Moteur selon la revendication 13 caractérisé par le fait que la 25 section débitante maximale Sd max est constituée par deux turbines a distributeurs variables en pleine ouverture montées en série, les distributeurs étant ouverts simultanément pour maintenir la pression d'admission à sa valeur maximale de consigne sur la courbe pleine charge.
20. Moteur selon la revendication 12 caractérisé par le fait que le calage des soupapes peut être piloté pour déplacer la fermeture du cylindre entre le voisinage du PMB et la mi-course du piston, la section débitante Sd maximale étant constituée par la turbine HP en configuration série distributeur 5 en pleine ouverture s'il est variable, waste gate HP en pleine ouverture dans le cas contraire. Les turbines sont dimensionnées pour permettre aux compresseurs d'atteindre simultanément leurs rapports de pression maximaux.
21. Procédé d'alimentation d'un moteur selon la revendication 20 caractérisé par le fait que la courbe de pleine charge en fonction du régime est exécutée comme suit: de Nmin à 2 Nmin FA passe du PMB à environ 90 dv après le PMB de façon à maintenir la pression de cycle à sa valeur de consigne, le distributeur ou la waste gate HP sont fermés; de 2 Nmin à environ 3 Nmin le distributeur HP ou la waste gate HP sont ouverts et éventuellement la waste gate BP, pour maintenir la pression d'admission à sa valeur maximale de consigne, FA est maintenue à 90 dv après le PMB, de 3 Nmin à Nmax le débit global de carburant est maintenu constant pour maintenir la pression d'admission à sa valeur limite, à charge partielle le calage de FA sera piloté suivant une cartographie mémorisée par le calculateur de contrôle moteur.
2 5
22. Moteur selon la revendication 12 caractérisé par le fait qu'il fonctionne sur le cycle à 2 temps, les orifices d'admission sont fermés par des soupapes, les orifices d'échappement sont fermés par des soupapes et communiquent avec un seul collecteur d'échappement, 3 0 la phase de recyclage externe précède le balayage, le calage des soupapes peut être piloté pour déplacer la fermeture du cylindre entre le voisinage du PMB et la mi course du piston, la section débitante Sd maximale est constituée par la turbine HP en configuration série distributeur en pleine ouverture s'il est variable, waste gate HP en pleine ouverture dans le cas contraire, les turbines sont dimensionnées pour permettre aux compresseurs d'atteindre simultanément leurs rapports de pression maximaux, La vanne EGR est remplacée par un clapet anti- retour ou une diode aérodynamique obturable.
23. Procédé d'alimentation d'un moteur selon la revendication 22 caractérisé par le fait que la courbe de pleine charge en fonction du régime est exécutée comme suit: de Nmin à 2 Nmin la fermeture du cylindre passe du PMB à environ 90 15 dv après le PMB de façon à maintenir la pression de cycle à sa valeur de consigne, le distributeur ou la waste gate HP sont fermés, de 2 Nmin à environ 3 Nmin le distributeur HP ou la waste gate HP sont ouverts et éventuellement la waste gate BP, pour maintenir la 2 0 pression d'admission à sa valeur maximale de consigne, FA est maintenue à 90 dv après le PMB, de 3 Nmin à Nmax le débit global de carburant est maintenu constant pour maintenir la pression d'admission à sa valeur limite, Pour maximiser l'EGR externe refroidi, les charges partielles 2 5 dépolluées sont exécutées comme suit: le cylindre reste fermé au voisinage du PMB et les turbines restent en configuration fermée jusqu'à la P2 limite pour ce calage, les turbines sont ensuite ouvertes pour maintenir P2 à sa valeur limite, la diode aérodynamique se ferme quand le débit de recyclage externe 3 0 s'annule.
24. Moteur selon la revendication 12 caractérisé par le fait qu'il fonctionne sur le cycle à 2 temps, qu'il comporte deux orifices d'échappement par cylindre, fermés par des soupapes, qui communiquent respectivement avec un collecteur d'échappement relié à la turbine et un collecteur 5 d'échappement relié au conduit EGR et/ou à la turbine via une vanne distributrice pilotée.
Le calage de la soupape affectée à l'EGR peut être piloté pour déplacer la fermeture du cylindre entre le voisinage du PMB et la mi-course du piston.
La phase de recyclage externe précède la balayage quand le cylindre se ferme au voisinage du PMB et le suit quand le cylindre se ferme à micourse du piston.
La section débitante Sd maximale est constituée par la turbine HP en configuration série distributeur en pleine ouverture s'il est variable, waste gate 15 HP en pleine ouverture dans le cas contraire.
Les turbines sont dimensionnées pour permettre aux compresseurs d'atteindre simultanément leurs rapports de pression maximaux.
La vanne EGR est remplacée par un clapet anti-retour ou une diode aérodynamique obturable.
25. Procédé d'alimentation d'un moteur selon la revendication 24 caractérisé par le fait que la pression P2 est inférieure à la limite autorisée pour ce calage, la vanne distributrice est en position recyclage, 25 le cylindre est fermé au voisinage du PMB, le distributeur ou la waste gate HP sont fermés, La pression atteint la valeur limite autorisée pour ce calage: la fermeture du cylindre est déplacée à la mi course du piston pour sensiblement doubler la P2 limite autorisée, 3 0 la vanne distributrice reste en position recyclage, Le distributeur ou la waste gate HP restent fermés.
La pression P2 atteint la nouvelle limite autorisée pour ce nouveau calage: la vanne distributrice bloque le recyclage, le distributeur ou la waste gate HP s'ouvrent pour maintenir la P2 à sa nouvelle limite autorisée, la transition peut se faire progressivement dans les deux sens ou rapidement avec un hystérésis.
26. Procédé selon l'une des revendications 6, 7, 8, 9, 16, 21, 23, 25 10 caractérisé par le fait qu'à pleine charge la géométrie variable est pilotée pour maintenir un paramètre à sa valeur limite de consigne; à charge partielle la géométrie variable est pilotée pour optimiser la dépollution et/ou les performances selon une cartographie mémorisée dans le calculateur de contrôle moteur.
27. Moteur selon la revendication 1 comportant une culasse plane porteuse de soupapes dont les faces coté chambre sont coplanaires avec la culasse et sensiblement tangentes au cylindre caractérisé par le fait que la ou les pipes d'admission se terminent par une tuyère oblongue définie par un 20 demi cylindre supérieur s'appuyant sur le bord supérieur du siège conique et tangeant à ce dernier le long de sa génératrice située dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan passant par l'axe du siège et par l'axe du cylindre et, par un cylindre inférieur couvrant la moitié de la tête de soupape opposée à la dite génératrice. Les tuyères seront par ailleurs 25 orientées pour créer une vitesse tangentielle dans le même sens. L'angle des sièges sont choisis pour optimiser la stratification de la charge comburante.
28. Moteur selon la revendication 1 comportant une culasse plane porteuse de soupapes dont les faces coté chambre sont coplanaires avec la 30 culasse et sensiblement tangentes au cylindre caractérisé par le fait que la portée d'étanchéité conique des soupapes d'admission se prolonge vers le piston par une partie cylindrique de hauteur légèrement supérieure à la levée des dites soupapes, que les sièges coniques des dites soupapes sont disposés au fond de logements cylindriques aménagés dans la culasse pour 5 recevoir les dites parties cylindriques des dites soupapes de telle sorte que la face inférieure plane des soupapes soient dans le plan de la culasse quand elles reposent sur leurs sièges, le jeu entre les logements et les soupapes étant minimal, que des évidements sont pratiqués dans la culasse qui ne dépassent pas les frontières suivantes: deux portions cylindriques concentriques à l'alésage et tangentes extérieurement et intérieurement à l'évidement cylindrique de chaque soupape, une surface conique prolongeant le demi siège de la soupape délimité par un plan passant par son axe et l'axe du cylindre, Les évidements seront par ailleurs orientés pour créer une vitesse tangentielle dans le même sens.
L'angle des sièges est choisi pour optimiser la stratification de la charge comburante.
29. Moteur selon l'une des revendications 27 et 28 caractérisé par le fait qu'il comporte deux soupapes d'admission diamétralement opposées.
30. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'une fraction des gaz recyclés est retenue dans le cylindre à la fermeture de ce 25 dernier. Les gaz frais sont introduits par des conduits d'admission directifs dans le but d'organiser une stratification des températures et des concentrations dans la chambre au point mort haut combustion. Le carburant est vaporisé dans les gaz frais.
31. Moteur selon la revendication 30 caractérisé par le fait que le carburant est introduit dans l'air pur entre le compresseur et le mélangeur d'EGR externe.
32. Moteur selon la revendication 30 caractérisé par le fait que le carburant est introduit dans le mélange entre l'air pur et l'EGR externe.
33. Moteur selon la revendication 30 caractérisé par le fait que le point d'allumage est piloté par le calage des soupapes à la fermeture du cylindre.
34. Moteur selon la revendication 30 caractérisé par le fait que le point d'allumage est piloté par la température de l'EGR externe.
35. Moteur selon la revendication 30 caractérisé par le fait que le 15 premier allumage est commandé électriquement ou est déclenché spontanément par l'injection du carburant à haute pression au point mort haut.
36. Moteur selon la revendication 30 caractérisé par le fait que la 20 chambre de travail des gaz présente une géométrie de révolution autour de l'axe du cylindre. La stratification présente une géométrie de révolution autour de l'axe du cylindre créée par l'orientation des orifices d'admission. La température de la charge comburante augmente entre la périphérie et l'axe pour que l'autoallumage se propage du centre vers la périphérie.
37. Moteur selon la revendication 36 caractérisé par le fait que le profil méridien de la chambre de combustion est choisi pour optimiser le taux de dégagement d'énergie par la progressivité des surfaces isothermes de la charge réactive.
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