FR3015576A1 - Ensemble pour boucle de recirculation basse pression d’un circuit d’air de moteur thermique - Google Patents

Abstract

Ensemble (22) pour boucle de recirculation (20) basse pression d'un circuit d'air (1) de moteur thermique, la boucle (20) comprenant : -une vanne (23) de régulation du débit des gaz d'échappement recirculant dans ladite boucle (20), la vanne (23) comprenant : - un corps (24) dans lequel est ménagé un conduit apte à former une partie de la boucle de recirculation (20), et - un volet (25) déplaçable dans le conduit de manière à modifier la section de passage des gaz d'échappement dans la vanne (23), et, - un organe de mesure (26) de la différence de pression dans la boucle (20) entre l'amont et l'aval du volet (25), ledit organe de mesure (26) étant au moins en partie intégré à la vanne (23).

Description

Ensemble pour boucle de recirculation basse pression d'un circuit d'air de moteur thermique La présente invention concerne un ensemble pour boucle de recirculation basse pression d'un circuit d'air de moteur thermique. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, dans le domaine automobile, le moteur thermique étant par exemple utilisé pour propulser un véhicule automobile. Au sens de l'invention, on désigne par « circuit d'air de moteur thermique » le circuit entre l'entrée d'admission et la sortie d'échappement du moteur thermique. Ce circuit d'air comprend dans le cas considéré un circuit d'admission, un circuit d'échappement, et une boucle de recirculation par laquelle transitent les gaz d'échappement pour être réinjectés à l'admission (EGR en anglais). Au sens de l'invention, les termes « en amont » et « en aval » s'apprécient par rapport au sens de parcours des gaz dans le circuit d'air du moteur thermique.

Un tel ensemble comprend une vanne de régulation du débit des gaz d'échappement recirculant à l'admission d'un moteur thermique. On parle de recyclage de gaz d'échappement (RGE) ou d'EGR en anglais. Un tel ensemble comprend également généralement un organe de mesure de la différence de pression de part et d'autre du volet de la vanne. Cette valeur de différence de pression peut permettre, lorsque l'on connaît également la position d'ouverture du volet de la vanne dans la boucle de recirculation, de mesurer le débit des gaz d'échappement circulant dans ladite boucle. La connaissance de ce débit peut ensuite permettre de déterminer le taux d'EGR dans le moteur thermique, et ainsi d'effectuer un contrôle satisfaisant du moteur. Cet organe de mesure de la différence de pression est ajouté dans la boucle de recirculation, de sorte que sa présence pose des problèmes d'encombrement et de coût.

Il existe un besoin pour remédier à tout ou partie des inconvénients précités. L'invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un ensemble pour boucle de recirculation basse pression d'un circuit d'air de moteur thermique, la boucle, comprenant : - une vanne de régulation du débit des gaz d'échappement recirculant dans ladite boucle, la vanne comprenant : - un corps dans lequel est ménagé un conduit apte à former une partie de la boucle de recirculation, et - un volet déplaçable dans le conduit de manière à modifier la section de passage des gaz d'échappement dans la vanne, et, - un organe de mesure de la différence de pression dans la boucle entre l'amont et l'aval du volet, ledit organe de mesure étant au moins en partie intégré à la vanne. Cette intégration au moins partielle de l'organe de mesure à la vanne permet de réduire l'encombrement associé à l'organe de mesure, notamment l'encombrement associé au câblage nécessaire à l'acheminement des informations à une unité de traitement de cet organe de mesure. Le positionnement de l'organe de mesure dans le flux gazeux circulant dans la boucle peut par ailleurs être optimisé, de par cette intégration à la vanne. En outre, l'organe de mesure peut alors être pré-assemblé dans la vanne, permettant de simplifier la réalisation ultérieure de la boucle de recirculation.

Ledit organe de mesure peut mesurer la différence entre la pression directement en amont du volet, ou encore à l'entrée du volet, et la pression directement en aval du volet, ou encore à la sortie du volet. En variante, ledit organe de mesure effectue une mesure de la différence entre la pression en amont du volet, mais non à l'entrée de ce dernier, et la pression en aval du volet, non nécessairement à la sortie du volet.

Comme on le verra par la suite, l'organe de mesure peut être au moins en partie mécaniquement et/ou électroniquement intégré à la vanne. Il est par exemple au moins en partie reçu dans un boîtier, notamment le corps, de la vanne. L'organe de mesure comprend par exemple au moins une sonde et cette dernière peut être disposée dans un logement communiquant avec le conduit d'un côté du volet, ce logement étant par exemple ménagé dans un boîtier de la vanne.

Selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'organe de mesure de la différence de pression peut comprendre : - un premier capteur mesurant la pression dans le conduit en amont du volet, - un deuxième capteur mesurant la pression dans le conduit en aval du volet, et - une unité de traitement permettant de déterminer ladite différence de pression à partir des valeurs mesurées par le premier et le deuxième capteur. Le premier capteur peut être au moins en partie intégré à la vanne. Le premier capteur est par exemple entièrement ou en partie disposé à l'intérieur de l'espace délimité par un boîtier, notamment le corps, de la vanne. En variante ou en combinaison de ce qui a déjà été décrit pour ce premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, le deuxième capteur peut être au moins en partie intégré à la vanne, étant par exemple entièrement ou en partie disposé à l'intérieur de l'espace délimité par un boîtier, notamment le corps, de la vanne. Chaque capteur peut être associé à une sonde et chaque sonde peut être disposée dans un logement communiquant avec la boucle de recirculation en amont ou en aval du volet.

Selon ce premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de traitement peut être intégrée à la vanne. L'unité de traitement appartient par exemple au circuit électronique de la vanne. On peut ainsi réutiliser les câbles électriques reliant le circuit électronique de la vanne à l'extérieur pour l'unité de traitement déterminant la valeur de différence de pression de part et d'autre du volet. L'alimentation électrique de l'organe de mesure et/ou le transit de données relatifs à ces mesures peut ainsi se faire par les mêmes câbles que ceux servant à alimenter électriquement la vanne, respectivement à échanger des données entre la vanne et l'extérieur. On peut ainsi alors réduire le nombre de câbles électriques dans l'environnement de la vanne et simplifier la connectique vers l'extérieur de l'ensemble comprenant la vanne et l'organe de mesure. L'unité de traitement est par exemple un microcontrôleur ou tout circuit logique programmable (FPGA en anglais) présent sur la carte électronique de la vanne. Le circuit électronique de la vanne peut dans un tel cas être configuré pour piloter l'ouverture de la vanne tout en déterminant la différence de pression de part et d'autre du volet de cette dernière. Selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'organe de mesure de la différence de pression comprend un unique capteur configuré pour mesurer la différence entre la pression dans le conduit en amont du volet et la pression dans le conduit en aval du volet. L'organe de mesure peut selon ce deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention, comprendre une unité de traitement déterminant la valeur de différence de pression. Cette unité de traitement peut, comme mentionné ci-dessus appartenir au circuit électronique de la vanne, étant par exemple l'un des composants de la carte électronique de ce circuit électronique. Dans tout ce qui précède, l'ensemble peut comprendre un organe de mesure de la position du volet. Ce dernier peut, ou non, être au moins en partie intégré à la vanne. Cette intégration peut être mécanique, auquel cas l'organe de mesure est par exemple entièrement ou en partie disposé à l'intérieur d'un espace délimité par un boîtier, notamment le corps, de la vanne. En variante, ou en complément, l'organe de mesure de la position du volet peut être au moins en partie électroniquement intégré à la vanne, auquel cas l'unité de traitement des données relevées par une sonde de cet organe de mesure peut faire partie du circuit électronique de la vanne.

Dans un tel cas, le circuit électronique de la vanne peut alors également déterminer le débit massique des gaz d'échappement recirculant à travers cette dernière à l'aide de la mesure de différence de pression de part et d'autre du volet et à l'aide de la mesure de position dudit volet. Ladite valeur du débit massique peut être déterminée à l'aide de la formule : QEGR = SEGR X Pe X 2 y x 2 y +11 Pf /f\ - (Hy Pe Pe X TEGR - 1 TEGR désignant la température des gaz d'échappement dans la boucle en amont du volet, SEGR désignant la section de passage des gaz d'échappement dans la vanne, Pe étant la pression des gaz d'échappement dans la boucle en amont du volet, Pf étant la pression des gaz d'échappement dans la boucle en aval du volet, r étant la constante des gaz, de l'ordre de 287, et y étant le gamma des gaz, de l'ordre de 1,37. Le circuit électronique de la vanne peut alors fournir à une unité de contrôle distante, qui peut dans l'application automobile être l'unité de contrôle moteur (ECU en anglais), trois signaux représentatifs de grandeurs mécaniques, à savoir : - le débit massique des gaz d'échappement recirculant à travers la vanne, - la pression absolue en aval de la vanne, cette valeur de pression permettant de déterminer celle en amont du compresseur du circuit d'air, ce qui peut être utile à des fins de protection de ce compresseur, et - la position du volet de la vanne.

Le cas échéant, d'autres signaux peuvent être fournis par le circuit électronique de la vanne vers l'ECU. Dans tout ce qui précède, l'ensemble peut comprendre un organe de mesure de la température dans la boucle. Cet organe de mesure de la température peut être au moins en partie intégré à la vanne. Cette intégration au moins partielle peut être mécanique et/ou électronique, comme cela a été exposé précédemment en ce qui concerne l'organe de mesure de la différence de pression. En variante dans tout ce qui précède, l'ensemble peut comprendre un organe de mesure de la différence entre la température dans la boucle en amont du volet et la température dans la boucle en aval du deuxième côté du volet. Cet organe de mesure peut être au moins en partie intégré à la vanne. Cette intégration au moins partielle peut être mécanique et/ou électronique, comme cela a été exposé précédemment en ce qui concerne l'organe de mesure de la différence de pression. L'organe de mesure de la température dans la boucle ou l'organe de mesure de la différence de température de part et d'autre du volet peut permettre de déterminer la valeur de la température des gaz d'échappement en amont du volet. On peut ainsi avoir une valeur représentative de la température des gaz en sortie du catalyseur, ou du filtre à particules ou du pot catalytique.

Tout ou partie des unités de traitement des organes de mesure mentionnés ci-dessus peuvent être en réalité une même unité de traitement. Dans un exemple particulier, une même unité de traitement est commune à tous les organes de mesure ci-dessus, notamment à l'organe de mesure de la différence de pression et à l'organe de mesure de la température. L'ensemble peut comprendre un refroidisseur en aval duquel est disposée la vanne. Le cas échéant, l'organe de mesure peut être configuré pour déterminer la différence de pression entre l'amont du refroidisseur et l'aval du volet. Selon le premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, le premier capteur est par exemple disposé en amont du refroidisseur tandis que le deuxième capteur est disposé en aval du volet. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de détermination du débit des gaz d'échappement circulant dans une boucle de recirculation basse pression d'un circuit d'air de moteur thermique, procédé dans lequel on utilise un ensemble tel que défini ci-dessus. Le moteur thermique est par exemple un moteur à essence. En variante, il peut s'agir d'un moteur diesel ou d'un moteur polycarburant. Le moteur peut fonctionner avec du « flex-fuel », du biocarburant ou du gpl. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente de façon schématique une partie d'un circuit d'air dans lequel peut être mise en oeuvre l'invention, - la figure 2 représente de façon schématique un exemple de mise en oeuvre d'ensemble selon l'invention, et - la figure 3 est une variante de ce qui est représenté sur la figure 1. On a représenté à la figure 1 une partie d'un circuit d'air 1 de moteur thermique de véhicule auquel peut être intégré l'ensemble selon l'invention. Le circuit d'air 1 comprend un circuit d'admission 3 et un circuit d'échappement 4. Le circuit d'admission 3 comporte dans l'exemple considéré un filtre à air 6 et un conduit 7 d'admission pour l'air frais. Le circuit d'admission 3 comprend encore dans cet exemple un compresseur 8 de turbocompresseur, et un refroidisseur 9, permettant le refroidissement des gaz issus du compresseur 8. Ce refroidisseur 9 est communément appelé "RAS", ce qui signifie "refroidisseur d'air de suralimentation". La sortie du refroidisseur 9 peut être reliée via la vanne doseuse 11 au répartiteur d'admission du moteur qui n'est pas représenté sur la figure 1.

Le circuit d'échappement 4 comprend un conduit 13 d'échappement s'étendant depuis un répartiteur d'échappement du moteur non représenté sur la figure 1. Le circuit d'échappement 4 comporte par ailleurs une turbine de turbocompresseur non représentée, solidaire en rotation du compresseur 8 du circuit d'admission. La turbine est entraînée par les gaz d'échappement circulant dans le circuit d'échappement 4. La sortie de la turbine est ici reliée à un catalyseur qui est lui- même relié à la sortie du circuit d'échappement 4.

Le circuit d'air 1 comprend encore une boucle de recirculation 20 permettant à tout ou partie des gaz d'échappement circulant dans le circuit d'échappement 4 d'être réinjectés à l'admission du moteur. Cette boucle de recirculation comporte un conduit 21 s'étendant entre une entrée 20a dans le circuit d'échappement 3 et une sortie 20b dans le circuit d'admission 3.

L'entrée 20a de la boucle de recirculation 20, par laquelle des gaz d'échappement du circuit d'échappement 4 sont prélevés, est dans l'exemple considéré disposée en aval de la turbine, et la sortie 20b de la boucle de recirculation, par laquelle des gaz d'échappement sont réinjectés à l'admission du moteur, est disposée entre le filtre à air 6 et le compresseur 8, de sorte qu'il s'agit d'une boucle de recirculation basse pression.

Comme on peut le voir sur la figure 1, la boucle 20 comprend dans l'exemple considéré un ensemble 22 qui va maintenant être décrit plus en détail. L'ensemble 22 comprend une vanne 23 de régulation du débit des gaz d'échappement recirculant dans ladite boucle. La vanne 23 est ici une vanne « deux voies ». La vanne 23 est sur la figure 1 représentée très schématiquement. Elle comprend un corps 24 dans lequel est ménagé un conduit apte à former une partie de la boucle de recirculation 20 et un volet 25 déplaçable dans le conduit de manière à modifier la section de passage des gaz d'échappement dans la vanne 23. Le corps 24 est par exemple réalisé en fonderie. L'ensemble 22 comprend encore un organe 26 de mesure de la différence de pression dans la boucle 20 entre l'amont et l'aval du volet 25 ainsi qu'un refroidisseur 28 des gaz d'échappement recirculant dans la boucle 20, ce refroidisseur 28 étant placé dans la boucle 20 en amont de la vanne 23. Dans l'exemple de la figure 1, l'organe 26 permet de mesurer la différence entre la pression en amont du refroidisseur 28 et la pression en aval du volet 25. Selon l'invention, l'organe de mesure 26 est au moins en partie intégré à la vanne 23. L'organe de mesure 26 est par exemple solidaire de la vanne 23, et reçu en tout ou partie dans le corps 24 ou tout autre boîtier de la vanne, étant dans ce cas intégré mécaniquement à la vanne en tout ou partie. L'organe de mesure 26 peut, encore ou en variante, être intégré électroniquement en tout ou partie à la vanne 23. La vanne possède un circuit électronique comprenant par exemple une carte électronique et l'un des composants de cette carte électronique peut jouer le rôle d'unité de traitement 27 de l'organe de mesure 26. Ce composant est par exemple un microcontrôleur. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'organe de mesure 26 est par exemple logé en partie à l'intérieur d'un boîtier 100 dans lequel est disposé le système de transmission 101 du mouvement de l'actionneur 102 de la vanne à l'arbre 103 portant le volet 25 de la vanne. Dans l'exemple de la figure 2, l'organe de mesure 26 de la différence de pression comprend : - un unique capteur 107 configuré pour mesurer la différence entre la pression dans la boucle 20 en amont du volet 25 et la pression dans la boucle 20 en aval du volet 25, et - une unité de traitement 27. Le capteur communique avec l'amont du volet 25 en utilisant un conduit 110 ménagé dans le boîtier 100 et avec l'aval du volet 25 en utilisant un conduit 111 également ménagé dans le boîtier 100. Dans l'exemple considéré, l'organe de mesure 26 est également électroniquement intégré à la vanne 23. On peut ici utiliser le connecteur 114 de la vanne 23 pour l'alimentation électrique de l'organe de mesure 26 et pour la commande de cet organe de mesure 26 depuis une unité de contrôle distante, par exemple l'ECU du véhicule. L'unité de traitement 27 de l'organe de mesure 26 est par exemple intégrée à la carte électronique de la vanne 23. L'ensemble 22 peut comprendre un organe de mesure 30 de la position du volet 25 et un organe de mesure 31 de la température. Chacun de ces organes de mesure 30 et 31 peut être au moins en partie intégré à la vanne 23, similairement à l'intégration au moins partielle de l'organe de mesure 26 mentionnée ci-dessus. Dans l'exemple de la figure 1, l'organe de mesure 31 de la température est positionné en aval du volet 25, de manière à pouvoir fournir une donnée représentative de la température en amont du compresseur 8 du circuit d'admission. En variante, l'organe de mesure 31 de la température peut être disposé ailleurs. Cet organe de mesure 31 peut par exemple mesurer une différence de température entre l'amont et l'aval du volet 25. Dans l'exemple de la figure 2, l'organe de mesure 31 de la température peut mesurer la température en un seul point de la boucle 20, par exemple en aval du volet 25, ou effectuer une mesure différentielle entre l'amont et l'aval du volet 25. Dans un exemple similaire à celui de la figure 2, l'organe de mesure 26 comprend deux capteurs distincts, l'un étant disposé en amont du volet 25 tandis que l'autre est disposé en aval de ce volet 25. Les données mesurées par la sonde de chacun de ces capteurs sont transmises à l'unité de traitement de cet organe de mesure 26 qui détermine alors la valeur de cette différence de pression. L'exemple de la figure 4 diffère de celui qui vient d'être décrit par le fait que l'organe 26 de mesure de la différence de pression effectue une mesure entre la pression directement en amont du volet 25 et la pression directement en aval du volet 25. Dans tous les exemples ci-dessus, lorsqu'une information relative à la position du volet 25 pour une telle valeur de différence de pression est disponible, le débit massique des gaz recirculant dans la boucle 20 peut être calculé à l'aide de la formule de St Venan :35 QEGR = SEGR X Pe 2 y+11 2 y Pf - (H /f\ x y X - 1 Pe Pe X TEGR TEGR désignant la température des gaz d'échappement dans la boucle 20 en amont du volet 25, SEGR désignant la section de passage des gaz d'échappement dans la vanne 23, Pe étant la pression des gaz d'échappement dans la boucle 20 en amont du volet 25, Pf étant la pression des gaz d'échappement dans la boucle 20 en aval du volet 25, r étant la constante des gaz, de l'ordre de 287, et y étant le gamma des gaz, de l'ordre de 1,37. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. L'invention peut par exemple être utilisée dans une boucle de recirculation haute pression d'un circuit d'air de moteur thermique.10

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble (22) pour boucle de recirculation (20) basse pression d'un circuit d'air (1) de moteur thermique, la boucle (20) comprenant : -une vanne (23) de régulation du débit des gaz d'échappement recirculant dans ladite boucle (20), la vanne (23) comprenant : - un corps (24) dans lequel est ménagé un conduit apte à former une partie de la boucle de recirculation (20), et - un volet (25) déplaçable dans le conduit de manière à modifier la section de passage des gaz d'échappement dans la vanne (23), et, - un organe de mesure (26) de la différence de pression dans la boucle (20) entre l'amont et l'aval du volet (25), ledit organe de mesure (26) étant au moins en partie intégré à la vanne (23).
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, l'organe de mesure (26) étant au moins en partie mécaniquement intégré à la vanne (23).
3. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, l'organe de mesure (26) étant au moins en partie électroniquement intégré à la vanne (23).
4. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications là 3, l'organe de mesure (26) de la différence de pression comprenant : - un premier capteur mesurant la pression dans la boucle en amont du volet (25), - un deuxième capteur mesurant la pression dans la boucle en aval du volet (25), et - une unité de traitement permettant de déterminer ladite différence de pression à partir des valeurs mesurées par le premier et le deuxième capteur.
5. 5. Ensemble selon la revendication 4, l'unité de traitement appartenant au circuit électronique de la vanne (23).
6. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, l'organe de mesure (26) de la différence de pression comprenant un unique capteur configuré pour mesurer la différence entre la pression dans la boucle (20) en amont du volet (25) et la pression dans la boucle (20) en aval du volet (25).
7. 7. Ensemble selon la revendication 6, le capteur comprenant une unité de traitement déterminant la valeur de différence de pression, cette unité de traitement appartenant au circuit électronique de la vanne (23).
8. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un organe de mesure (28) de la position du volet (25).
9. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un organe de mesure (31) de la température dans la boucle (20) de recirculation.
10. 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un organe de mesure de la différence entre la température dans la boucle (20) en amont du volet (25) et la température dans la boucle (20) en aval du volet (25).
11. 11. Procédé de détermination du débit des gaz d'échappement circulant dans une boucle de recirculation (20) basse pression d'un circuit d'air (1) de moteur thermique, procédé dans lequel on utilise un ensemble (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes.