ACCROISSEMENT DE TAUX DE RECIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT PAR RECIRCULATION D'AIR AUTOUR DU COMPRESSEUR La présente invention se rapporte à un procédé d'accroissement d'un taux de recirculation de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne. Pour satisfaire aux normes de pollution des moteurs à combustion interne, il est généralement recouru à la recirculation de gaz d'échappement connue sous son acronyme anglais EGR. Dans certaines plages de fonctionnement du moteur, notamment sous des charges partielles, des taux élevés d'EGR sont parfois requis. Ces taux élevés d'EGR, sont généralement obtenus par une réduction importante de la perméabilité du conduit d'admission, notamment par vannage par un volet placé dans le circuit d'admission en amont du piquage du circuit de recirculation des gaz d'échappement. Ce vannage s'accompagne d'une augmentation sensible de la consommation en raison de la nécessité d'enrichir le mélange de combustion pour pallier la chute de débit d'air admis dans le moteur. Une autre conséquence de ce vannage est le risque de fonctionnement du compresseur dans une zone où se produit le phénomène de pompage du fait de la réduction du débit d'air à iso pression de suralimentation. Il est impératif d'éviter le fonctionnement des compresseurs dans cette zone de pompage. Ce phénomène se manifeste par une instabilité d'écoulement qui se produit lorsque le compresseur n'est plus en mesure de produire une pression suffisamment élevée pour vaincre la résistance en -2 aval, ou autrement dit lorsque la pression de décharge du compresseur est inférieure à la pression du système en aval. L'écoulement s'inverse alors rapidement, ce qui a pour conséquences une perte de rendement soudaine du moteur et une réduction de la puissance du compresseur. Cette inversion d'écoulement est accompagnée de vibrations et de pulsations qui peuvent avoir des effets néfastes comme des dommages mécaniques aux joints, paliers et ailettes du compresseur, une usure prématurée voire une destruction du compresseur. The present invention relates to a method of increasing an exhaust gas recirculation rate for an internal combustion engine. To meet the pollution standards of internal combustion engines, it is generally resorted to the recirculation of exhaust gas known by its acronym EGR. In certain operating ranges of the engine, especially under partial loads, high levels of EGR are sometimes required. These high levels of EGR are generally obtained by a significant reduction in the permeability of the intake duct, in particular by valve shuttering placed in the intake circuit upstream of the tapping of the exhaust gas recirculation circuit. This winnowing is accompanied by a significant increase in consumption due to the need to enrich the combustion mixture to mitigate the drop in air flow admitted into the engine. Another consequence of this winnowing is the risk of operation of the compressor in an area where the pumping phenomenon occurs because of the reduction of the air flow at iso supercharging pressure. It is imperative to avoid the operation of the compressors in this pumping zone. This phenomenon is manifested by a flow instability that occurs when the compressor is no longer able to produce a sufficiently high pressure to overcome the downstream resistance, or in other words when the compressor discharge pressure is below downstream system pressure. The flow then reverses rapidly, which results in a sudden loss of efficiency of the engine and a reduction in the power of the compressor. This reversal of flow is accompanied by vibrations and pulsations which can have adverse effects such as mechanical damage to compressor seals, bearings and fins, premature wear or even destruction of the compressor.
L'invention vise à proposer un procédé de contrôle du taux d'EGR amélioré et notamment un procédé qui permet la réalisation de taux d'EGR élevés sans vannage du conduit d'admission. C'est un objet de la présente invention que de proposer un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne comprenant une étape de contrôle du taux d'EGR par une recirculation d'une quantité d'air autour du compresseur en piquant une portion d'air en aval du compresseur pour la réinjecter en amont du compresseur. The aim of the invention is to provide a method for controlling the improved EGR rate, and in particular a method which allows high levels of EGR to be achieved without valveing the intake duct. It is an object of the present invention to provide a method of controlling an internal combustion engine comprising a step of controlling the rate of EGR by recirculating a quantity of air around the compressor by pricking a portion. of air downstream of the compressor to reinject it upstream of the compressor.
Un tel procédé offre de nombreux avantages parmi lesquels : on peut accroître ou maintenir un taux d'EGR à iso pression de suralimentation sans avoir recours à un vannage du circuit d'admission ; on limite la surconsommation due au vannage du circuit d'admission ; on supprime le phénomène de pompage induit par le vannage du circuit d'admission ; on augmente la robustesse des réglages de dépollution en s'affranchissant des dispersions 30 -3- liées à la position du volet dans le conduit d'admission. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le procédé comprend l'étape d'adapter la quantité d'air recirculé autour du compresseur en fonction d'une loi proportionnelle à la différence de pression motrice aux bornes du moteur ; le procédé comprend l'étape d'adapter la quantité d'air recirculé autour du compresseur par un contrôle du degré d'ouverture d'une vanne placée dans un conduit de recirculation autour du compresseur ; le procédé comprend l'étape d'opérer un vannage partiel du conduit d'admission en amont du piquage de recirculation des gaz d'échappement ; - le procédé comprend l'étape de vanner le conduit d'admission par un volet de coupure commandé en fonction de la pression avant turbine (PAVT) ; 20 - le procédé comprend l'étape de vanner le conduit d'admission par un volet de coupure d'un degré cartographié par mise au point en fonction du taux d'EGR désiré. Un autre objet de l'invention est de proposer un moteur à 25 combustion interne apte à mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante du mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en liaison avec 30 les dessins annexés sur lesquels : 10 15 -4-- la figure 1 est un schéma de principe d'un moteur suralimenté présentant une boucle de recirculation selon l'invention ; - la figure 2 est un abaque de pression/débit d'air montrant les incidences de la réalisation de taux d'EGR élevés par vannage et par recirculation. La figure 1 présente un schéma de principe d'un moteur suralimenté 1 comprenant un bloc cylindre 10 autour duquel sont disposés un circuit d'échappement 1E et un circuit d'admission 1 A, le moteur étant pourvu d'un circuit de recirculation autour du compresseur 2 selon l'invention. L'air est admis par un filtre à air 3 et se propage jusqu'à un compresseur 4 dans un conduit d'admission compresseur 5. Un débitmètre 6 est disposé dans ce conduit d'admission compresseur 5 pour mesurer un débit d'air instantané provenant du filtre à air 3. Le compresseur 4 est solidaire d'une turbine 7 pour former le turbocompresseur qui est mis en rotation par des gaz d'échappement provenant d'un collecteur de gaz d'échappement 13 et passant dans la turbine 7. Cette mise en rotation du compresseur 4 évacue l'air dans un conduit de suralimentation 8 qui présente un refroidisseur de suralimentation 9. Cet air refroidi est alors admis dans la chambre de combustion d'un bloc cylindre 10 via un répartiteur d'air d'admission 11. Une boucle de recirculation des gaz d'échappement 1 R, est arrangée entre la sortie d'un collecteur d'échappement 13 et le répartiteur d'air d'admission 11 et pourra comprendre un refroidisseur permettant de faire varier la température des gaz d'échappement qui sont recirculés à l'admission. -5 Un volet d'admission, ou volet de coupure 12 est disposé dans le conduit d'admission en amont du piquage d'une boucle de recirculation des gaz d'échappement I R, et en aval du refroidisseur de suralimentation 9. Such a method offers many advantages, among which: it is possible to increase or maintain a rate of EGR at iso boost pressure without having recourse to a valve of the intake circuit; it limits the overconsumption due to the valve of the intake circuit; the pumping phenomenon induced by the throttle of the intake circuit is eliminated; the robustness of the depollution adjustments is increased by overcoming the dispersions related to the position of the flap in the intake duct. According to particular embodiments, the method comprises one or more of the following characteristics: the method comprises the step of adapting the amount of recirculated air around the compressor according to a law proportional to the difference in driving pressure at the motor terminals; the method comprises the step of adapting the amount of recirculated air around the compressor by controlling the degree of opening of a valve placed in a recirculation duct around the compressor; the method comprises the step of operating a partial throttling of the intake duct upstream of the exhaust gas recirculation tapping; the method comprises the step of flooding the inlet duct with a shutter controlled according to the pressure before turbine (PAVT); The method comprises the step of flooding the intake duct with a cut-off shutter of one degree mapped by focusing according to the desired EGR level. Another object of the invention is to propose an internal combustion engine capable of implementing the method according to the invention. Other characteristics and advantages of the invention will become clear from reading the following description of the nonlimiting embodiment thereof, in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. a block diagram of a supercharged engine having a recirculation loop according to the invention; - Figure 2 is a pressure chart / air flow showing the effects of achieving high levels of EGR by winnowing and recirculation. FIG. 1 shows a block diagram of a supercharged engine 1 comprising a cylinder block 10 around which are arranged an exhaust circuit 1E and an intake circuit 1A, the engine being provided with a recirculation circuit around the compressor 2 according to the invention. The air is admitted by an air filter 3 and propagates to a compressor 4 in a compressor inlet duct 5. A flowmeter 6 is disposed in this intake duct compressor 5 for measuring an instantaneous air flow rate. from the air filter 3. The compressor 4 is secured to a turbine 7 to form the turbocharger which is rotated by exhaust gases from an exhaust manifold 13 and passing through the turbine 7. This rotation of the compressor 4 discharges the air into a supercharging duct 8 which has a charge cooler 9. This cooled air is then admitted into the combustion chamber of a cylinder block 10 via an air distributor. intake 11. An exhaust gas recirculation loop 1 R is arranged between the outlet of an exhaust manifold 13 and the intake air distributor 11 and may include a cooler for varying the temperature of the exhaust gases. gas exhaust which is recirculated to the inlet. An intake flap, or shutter 12, is arranged in the intake duct upstream of the quenching of an exhaust gas recirculation loop I R, and downstream of the booster cooler 9.
Un conduit de recirculation 20 est disposé autour du compresseur 4 avec une entrée 21 disposée en aval du compresseur 4, la sortie 22 du conduit 20 étant disposée en amont du compresseur 4 et en aval du débitmètre 6. L'entrée du conduit de recirculation 20 est disposée en 10 amont du volet de coupure 12. Une vanne 24 est disposée dans le conduit de recirculation 20 pour faire varier la quantité d'air recirculé entre l'aval et l'amont du compresseur 4. Cette vanne 24 est commandée en ouverture par une unité de contrôle moteur ECU 15 14. L'ECU 14 reçoit des informations provenant du débitmètre d'air 6. Cette vanne 24 peut être dite de recirculation passive , c'est-à-dire qu'elle présente un débit de fuite fixe, par exemple au moyen d'un orifice calibré. La vanne 24 20 présente alors deux états : ouvert et fermé, le débit recirculé variant alors respectivement entre une valeur maximum et une valeur minimum s'approchant au plus près de la valeur nulle. Cette vanne 24 peut également être dite de recirculation active , c'est-à-dire qu'elle présente un débit de 25 fuite variable. La vanne 24 présente alors soit un nombre supérieur à deux états d'ouverture, soit un gradient d'états d'ouverture, le débit pouvant alors varier, soit entre plusieurs valeurs discrètes, soit entre un continuum de valeurs comprises entre une valeur s'approchant au plus près de la valeur nulle et 30 une valeur maximum. Le débit de recirculation peut alors être -6 adapté plus finement que pour la vanne 24 à recirculation passive. La quantité d'air recirculé pourra varier entre 0% et 15% du débit d'air circulant dans le conduit de suralimentation 8. A recirculation duct 20 is disposed around the compressor 4 with an inlet 21 disposed downstream of the compressor 4, the outlet 22 of the duct 20 being disposed upstream of the compressor 4 and downstream of the flowmeter 6. The inlet of the recirculation duct 20 is located upstream of the shutoff damper 12. A valve 24 is disposed in the recirculation duct 20 to vary the amount of recirculated air between the downstream and upstream of the compressor 4. This valve 24 is controlled in opening 14. The ECU 14 receives information from the air flow meter 6. This valve 24 can be said to passive recirculation, that is to say, it has a leakage rate fixed, for example by means of a calibrated orifice. The valve 24 then has two states: open and closed, the recirculated flow then varying respectively between a maximum value and a minimum value approaching closer to the zero value. This valve 24 can also be called active recirculation, that is to say that it has a variable leakage rate. The valve 24 then has either a number greater than two opening states, or a gradient of opening states, the flow rate can then vary, or between several discrete values, or between a continuum of values between a value s' approaching near the null value and a maximum value. The recirculation flow rate can then be adapted more finely than for the valve 24 with passive recirculation. The amount of recirculated air may vary between 0% and 15% of the air flow circulating in the supercharging duct 8.
Pour une application au contrôle du taux d'EGR, on préférera une vanne 24 de recirculation active qui permet d'ajuster finement le taux d'EGR. On pourra faire en sorte que le piquage d'entrée 21 du conduit de recirculation 20 soit réalisé en aval du refroidisseur de suralimentation 9, tout en étant disposé en amont du volet de coupure 12, de manière à réduire le besoin d'entraînement du compresseur 4 par la réduction de la température de l'air qui y est admis. D'une manière générale, le circuit de recirculation 2 comprend le conduit d'admission 20, la portion de conduit d'admission compresseur 5 située en aval de la sortie 22 du conduit de recirculation 20, le compresseur 4, et la portion de conduit de suralimentation 8 située en amont du piquage d'entrée 21 du conduit de recirculation 20. For an application to control the rate of EGR, we prefer an active 24 recirculation valve that allows to finely adjust the rate of EGR. It will be possible to ensure that the inlet tap 21 of the recirculation duct 20 is made downstream of the aftercooler 9, while being arranged upstream of the shutter 12, so as to reduce the need for driving the compressor. 4 by reducing the temperature of the air admitted to it. In general, the recirculation circuit 2 comprises the intake duct 20, the compressor intake duct portion 5 situated downstream of the outlet 22 of the recirculation duct 20, the compressor 4, and the duct portion. 8 is located upstream of the inlet nozzle 21 of the recirculation duct 20.
Le circuit d'admission 1A s'étend de l'entrée du filtre à air 3 jusqu'à la sortie du répartiteur d'air 11. Le circuit d'échappement 1E s'étend du collecteur d'échappement 13 jusqu'à au moins la sortie de la turbine 7. La figure 2 présente un abaque de pression/débit d'air montrant les incidences du contrôle du taux d'EGR par vannage et par recirculation. Suivant la méthode de contrôle du taux d'EGR, et en particulier pour des taux d'EGR élevés et pour des charges partielles du moteur, un point de fonctionnement se déplacera différemment. Pour l'exemple illustré sur la figure, le point de fonctionnement P est placé sur la ligne de pompage du -7- compresseur. Cette ligne, matérialisée sur la figure par des croix, constitue la limite entre une zone de fonctionnement avec un phénomène de pompage à gauche et une zone de fonctionnement sans phénomène de pompage à droite. The intake circuit 1A extends from the inlet of the air filter 3 to the outlet of the air distributor 11. The exhaust circuit 1E extends from the exhaust manifold 13 to at least the outlet of the turbine 7. Figure 2 shows a pressure / air flow chart showing the effects of the control of the rate of EGR by winnowing and recirculation. Depending on the method of controlling the EGR rate, and in particular for high EGR rates and for partial loads of the motor, an operating point will move differently. For the example shown in the figure, the operating point P is placed on the compressor pumping line. This line, shown in the figure by crosses, constitutes the boundary between an operating zone with a pumping phenomenon on the left and an operating zone without pumping phenomenon on the right.
Dans le cas d'un contrôle du taux d'EGR par vannage partiel du conduit d'admission, le point de fonctionnement P se déplacera vers la gauche suivant une tendance indiquée par la flèche 1 sur la figure. En effet, un vannage du conduit d'admission conduit à réduire le débit d'air admis dans le moteur, ce qui à iso pression revient à déplacer le point de fonctionnement du compresseur dans une zone de pompage. On est donc conduit à une limitation du taux d'EGR qui peut être réalisé pour une pression du compresseur donnée, et par suite une limitation de la dépollution par EGR qu'il est possible de réaliser pour ce point de fonctionnement. Dans le cas d'un contrôle du taux d'EGR par recirculation d'une quantité d'air autour du compresseur afin d'augmenter la pression motrice du moteur et le taux d'EGR, le point de fonctionnement P se déplacera vers la droite suivant une tendance indiquée par la flèche 2 sur la figure. En effet, la recirculation d'air autour du compresseur 4 conduit à une augmentation du débit comprimé. La limite de la quantité d'EGR qu'il est possible de réaliser par ce procédé de recirculation dépend des capacités d'entraînement de la turbine mais n'est plus dépendant du phénomène de pompage compresseur. On pourra faire en sorte d'associer ces deux méthodes de contrôle du taux d'EGR, le procédé de recirculation pouvant être utilisé pour éviter l'apparition du phénomène de pompage au moment du vannage du conduit d'admission, de préférence -8-par le volet de coupure 12. On pourra positionner le volet d'admission afin de réaliser un premier taux d'EGR et appliquer un certain taux de recirculation d'air autour du compresseur pour augmenter le taux d'EGR en élevant de manière contrôlée la pression avant turbine (PAVT). Cette recirculation permet d'élever la pression de suralimentation avant de voir apparaître un phénomène de pompage. On pourra contrôler la quantité d'air recirculé autour du compresseur en fonction de la différence de pression motrice aux bornes du moteur (PAVT-PCOLL), PCOLL désignant la pression mesurée au niveau du répartiteur d'air 1 1 , proportionnelle au taux d'EGR. La quantité d'air recirculé autour du compresseur pourra être adaptée par un contrôle du degré d'ouverture de la vanne 24, de préférence une vanne active placée dans le conduit de recirculation 20. L'ECU 14 pourra commander l'ouverture de la vanne en fonction de la valeur de pression avant turbine PAVT. On pourra aussi faire en sorte de cartographier, au moment de la mise au point, le degré d'ouverture de la vanne en fonction du taux d'EGR désiré en fonction du point de fonctionnement du moteur considéré (régime et charge moteur). Des expérimentations ont permis de montrer qu'il est possible d'augmenter le taux d'EGR lors du fonctionnement du moteur sous des charges partielles. Pour une pression prise au niveau du répartiteur d'air PCOLL constante, une charge du moteur et une efficacité de refroidissement des EGR fixés, le taux d'EGR obtenu par recirculation d'air autour du compresseur était supérieure de 4% environ par rapport au taux d'EGR obtenu par vannage du conduit d'admission. -9 Pour une charge du moteur et une efficacité de refroidissement des EGR fixés, ce gain a été porté à 8% et limité par les capacités d'entraînement de la turbine. Cette invention n'est pas limitée à la description qui a 5 été faite du mode de réalisation donné à titre d'exemple. 10 In the case of a control of the EGR rate by partial valveing of the intake duct, the operating point P will move to the left according to a trend indicated by the arrow 1 in the figure. Indeed, a valve of the intake duct leads to reduce the flow of air admitted into the engine, which iso pressure is to move the operating point of the compressor in a pumping area. This leads to a limitation of the EGR rate that can be achieved for a given compressor pressure, and therefore a limitation of the EGR depollution that can be achieved for this operating point. In the case of a control of the EGR rate by recirculating a quantity of air around the compressor in order to increase the motor pressure and the EGR rate, the operating point P will move to the right following a trend indicated by the arrow 2 in the figure. Indeed, the recirculation of air around the compressor 4 leads to an increase in the compressed flow rate. The limit of the amount of EGR that can be achieved by this recirculation method depends on the drive capabilities of the turbine but is no longer dependent on the compressor pumping phenomenon. It will be possible to combine these two methods of controlling the rate of EGR, the recirculation process can be used to avoid the occurrence of the pumping phenomenon at the time of the valve inlet, preferably -8- 12. The intake flap can be positioned to achieve a first rate of EGR and apply a certain rate of recirculation of air around the compressor to increase the rate of EGR by raising in a controlled manner the front pressure turbine (PAVT). This recirculation makes it possible to raise the supercharging pressure before a pumping phenomenon appears. It will be possible to control the amount of air recirculated around the compressor as a function of the motor pressure difference at the motor terminals (PAVT-PCOLL), PCOLL designating the pressure measured at the air distributor 1 1, proportional to the EGR. The amount of air recirculated around the compressor may be adapted by controlling the degree of opening of the valve 24, preferably an active valve placed in the recirculation duct 20. The ECU 14 may control the opening of the valve depending on the pressure value before turbine PAVT. It will also be possible to map, at the time of development, the degree of opening of the valve according to the desired EGR rate depending on the point of operation of the engine considered (engine speed and load). Experiments have shown that it is possible to increase the rate of EGR during operation of the engine under partial loads. For a pressure taken at the constant PCOLL air distributor, a motor load and a cooling efficiency of the fixed EGR, the rate of EGR obtained by recirculation of air around the compressor was about 4% higher compared to the EGR rate obtained by valveing the intake duct. For engine load and cooling efficiency of fixed EGRs, this gain was increased to 8% and limited by the drive capabilities of the turbine. This invention is not limited to the description which has been made of the embodiment given by way of example. 10