FR3027954B1 - Groupe motopropulseur de vehicule a emissions polluantes reduites - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un groupe motopropulseur (100) d'un véhicule comprenant un moteur (3), une ligne d'admission (2) d'air frais apte à alimenter ledit moteur (3), une ligne d'échappement (4) apte à évacuer les gaz d'échappement issus dudit moteur (3) et une boucle (20) de recyclage reliant ladite ligne d'échappement (4) à ladite ligne d'admission (2) et permettant d'acheminer des gaz d'échappement vers la ligne d'admission (2). La principale caractéristique d'un groupe motopropulseur (1) selon l'invention, est qu'il comporte un compresseur autonome (30) relié à la ligne d'admission (2) et permettant d'aspirer les gaz d'échappement en provenance de ladite boucle (20) et de les réinjecter avec une pression accrue dans ladite ligne d'admission (2).
Description
GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VEHI CULE A EMI SSI ONSPOLLUANTES REDUITES L’invention se rapporte à un groupe motopropulseur de véhicule àémissions polluantes réduites.
Pour respecter les normes de dépollution, les moteurs diesel ou àessence suralimentés, qui comprennent un compresseur et une turbine, fontappel à une boucle de recyclage des gaz d’échappement à l’admission de type« basse pression >>. Une telle boucle est plus connue sous l’appellation boucleEGR (de l’anglais Exhaust Gas Recirculation). Autrement dit, des gazd’échappement sont prélevés à la sortie d’un système de post-traitement enaval de la turbine du turbocompresseur, pour être réinjectés dans la ligned’admission d’air du moteur, en amont du compresseur du turbocompresseur.Les gaz d’échappement ainsi prélevés sont déjà détendus, donc à bassepression, et le mélange d’air frais et de gaz d’échappement circulant àl’admission n’est pas encore comprimé et est donc également à bassepression. Un tel système de recyclage des gaz d’échappement, favorisenotamment la diminution des particules d’oxyde d’azote (NOx).
Afin d’atteindre un débit suffisant de gaz dans la boucle de recyclage, ilfaut assurer une différence de pression positive entre le point de prélèvementdes gaz d’échappement dans la ligne d’échappement, et le point de réinjectionde ces gaz dans la ligne d’admission.
Un moyen de parvenir à cette différence de pression, consiste àaugmenter la pression du côté de la ligne d’échappement, qui constitue lapression amont dans la boucle de recyclage, par l’intermédiaire d’un systèmede vannage à l’échappement. Un inconvénient lié à ce moyen est la créationd’une contrepression trop élevée, qui diminue excessivement les performancesdu moteur.
Un autre moyen d’obtenir un débit de gaz satisfaisant dans la bouclede recyclage, se fonde sur un vannage à l’admission, destiné à provoquer unediminution de la pression aval au sein de ladite boucle et donc une aspiration des gaz dans celle-ci. Un inconvénient lié à ce moyen, est une diminution dudébit volumique d’air injecté dans le moteur, mettant en contrainte le systèmede suralimentation. En effet, pour conserver un même débit massique d’airdans le moteur, il faut compenser ce manque d’air en augmentant la pressionde suralimentation. Or, une telle augmentation est défavorable au bonfonctionnement du turbocompresseur, et a tendance à accroître, d’une part, laconsommation en carburant du moteur, et d’autre part, la réactivité du moteuren mode transitoire.
Il est à noter que pour les deux moyens qui viennent d’êtrementionnés, les notions d’ « amont » et d’ « aval » sont à considérer parrapport au sens de propagation des gaz dans la boucle de recyclage, quiprogressent de la ligne d’échappement vers la ligne d’admission. A titre d’exemple, la demande de brevet FR2923544 divulgue ungroupe motopropulseur, dont la régulation des gaz d’échappement dans uneboucle de recyclage des gaz s’effectue avec une vanne à l’échappement, unevanne à l’admission et une vanne de régulation dans ladite boucle.
Les groupes motopropulseurs selon l’invention, possèdent une bouclede recyclage dont les gaz ont un débit maximal suffisant pour pouvoirnotamment assurer une bonne dépollution, sans affecter les caractéristiquesfonctionnelles du moteur. L’invention a pour objet un groupe motopropulseur d’un véhiculecomprenant un moteur, une ligne d’admission d’air frais apte à alimenter leditmoteur, une ligne d’échappement apte à évacuer les gaz d’échappement issusdudit moteur et une boucle de recyclage reliant ladite ligne d’échappement àladite ligne d’admission et permettant d’acheminer des gaz d’échappementvers la ligne d’admission.
La principale caractéristique d’un groupe motopropulseur selonl’invention, est qu’il comporte un compresseur autonome, relié à la ligned’admission et permettant d’aspirer les gaz d’échappement en provenance deladite boucle et de les réinjecter avec une pression accrue dans ladite ligned’admission. Le terme « autonome » signifie que le compresseur fonctionne 3c sa propre source energetique, indépendamment des différents îiux d airou de gaz circulant dans le groupe motopropulseur. De cette manière, enivant de manière indépendante le compresseur autonome, le débit des gazchappement dans la boucle de recyclage peut atteindre la valeur souhaitéeLir assurer une dépollution efficace, sans affecter les caractéristiquesictionnelles du groupe motopropulseur et en particulier, sans créer des'tes de charge dans la ligne d’admission. Grâce à la présence de ceripresseur autonome, les particules d’oxyde d’azote sont efficacement etnificativement diminuées, et les performances du moteur sont nettementéliorées. La source énergétique du compresseur autonome peut être deite nature, comme par exemple, électrique, mécanique ou pneumatique. Leiteur peut indifféremment être diesel ou à essence. La boucle de recyclagejt être matérialisée par un conduit reliant la ligne d’échappement et la ligneémission, et peut également être équipée d’une vanne de régulation duoit de gaz circulant à l’intérieur de ladite boucle. Cette boucle de recyclageplus communément appelée boucle EGR.
Avantageusement, le compresseur autonome est un compresseurctrique. Un véhicule automobile comportant généralement plusieursjipements électriques alimentés par un circuit électrique, il est aisé deLivoir brancher le compresseur autonome sur ledit circuit déjà existant, sansDir à créer sa propre source énergétique.
De façon préférentielle, un groupe motopropulseur selon l’invention,nprend au moins un turbocompresseur constitué d’un compresseur placé• la ligne d’admission d’air et une turbine placée sur la ligne d’échappement,boucle de recyclage se raccordant à la ligne d’admission en amont duripresseur du turbocompresseur, le compresseur autonome permettant denjecter les gaz d’échappement issus de la boucle dans une zone de laditene d’admission située en amont du compresseur du turbocompresseur. Dete manière, le mélange d’air et de gaz d’échappement arrivent au niveau duripresseur du turbocompresseur avec une pression et un débit accrus, pour ne part, diminuer les particules a oxyde d azote, et d autre part, augmenterperformances du moteur.
Préférentiellement, le compresseur autonome est monté en parallèle• la ligne d’admission. De cette manière, sa présence ne modifie ni neentit les écoulements d’air et/ou de gaz dans la ligne d’admission.
De façon avantageuse, le compresseur autonome est relié à la ligneémission au moyen d’un canal amont et d’un canal aval, de sorte que lesξ de la boucle transitent d’abord par le canal amont avant d’être mis sousjssion par le compresseur autonome puis d’être ensuite réacheminés sousjssion dans la ligne d’admission, en amont du compresseur.
Avantageusement, le canal amont prend naissance sur la ligneémission en un point situé en aval du point de raccordement de la boucle àlite ligne d’admission.
De façon préférentielle, le canal aval débouche dans la ligneémission en un point situé entre le point de raccordement du canal amont àlite ligne et le compresseur du turbocompresseur. Ainsi, le compresseurtonome est monté en dérivation dans une zone de la ligne d’admission,nprise entre le point de raccordement de la boucle de recyclage et leripresseur du turbocompresseur.
Avantageusement, la ligne d’admission comprend un volet entre lent où naît le canal amont et le point où débouche le canal aval, le degréuverture dudit volet permettant d’orienter une proportion plus ou moinsinde du flux gazeux vers le compresseur autonome. De cette manière, lajsence de ce volet accroît la souplesse d’utilisation d’un groupeitopropulseur selon l’invention, en permettant de faire varier le flux gazeuxident parvenant au compresseur autonome.
Préférentiellement, la ligne d’échappement comprend un dispositif deoollution des gaz d’échappement situé en aval de la turbine, la boucle de:yclage prenant naissance sur ladite ligne d’échappement en aval dudit positiî ae aeponution. ue aispositit ae aeponution peut par exempleriprendre un pot catalytique et/ou un filtre à particules. Autrement dit, lent de raccordement de la boucle de recyclage à la ligne d’échappementffectue dans une zone comprise entre le dispositif de dépollution et la sortieladite ligne d’échappement. L’invention a pour deuxième objet un premier mode de réalisationjféré d’un procédé d’utilisation d’un groupe motopropulseur de véhiculeon l’invention, ledit véhicule étant à bas ou à moyen régime.
La principale caractéristique d’un tel procédé est qu’il comprend lesipes suivantes, - une étape d’ouverture de la boucle afin d’acheminer des gazd’échappement vers la ligne d’admission, - une étape d’activation du compresseur autonome afin d’augmenterle débit des gaz d’échappement dans la ligne d’admission, et - une étape de fermeture au moins partielle du volet. A bas ou à moyen régime, le compresseur autonome est activé dansseul but de réaliser une dépollution efficace, les performances du moteur àtels régimes n’étant pas recherchées. L’invention a pour troisième objet un deuxième mode de réalisationjféré d’un procédé d’utilisation d’un groupe motopropulseur de véhiculeon l’invention, ledit véhicule étant à fort régime.
La principale caractéristique d’un tel procédé est qu’il comprend lesipes suivantes, - une étape de fermeture de la boucle, - une étape de désactivation du compresseur autonome, et - une étape d’ouverture au moins partielle du volet. a tort régime, seul le turbocompresseur est pleinement sollicite pour;urer les performances du moteur et une dépollution efficace, la boucle de:yclage pour ce type de régime apportant une perméabilité supplémentaireadmission d’air.
Un groupe motopropulseur selon l’invention présente l’avantage d’êtrej polluant et de posséder des performances améliorées, grâce à l’adjonctionn compresseur autonome, qui est peu encombrant et dont leictionnement est aisé et bien maîtrisé.
On donne, ci-après, une description détaillée de deux modes deilisation selon l’état de la technique et d’un mode de réalisation préféré d’unjupe motopropulseur selon l’invention, en se référant aux figures 1 à 3.
La figure 1 est une vue schématique et simplifiée d’un premiermode de réalisation d’un groupe motopropulseur selon l’état de latechnique,
La figure 2 est une vue schématique et simplifiée d’un deuxièmemode de réalisation d’un groupe motopropulseur selon l’état de latechnique,
La figure 3 est une vue schématique et simplifiée d’un mode deréalisation préféré d’un groupe motopropulseur selon l’invention.
En se référant à la figure 1, un premier mode de réalisation d’unjupe motopropulseur 1 selon l’état de la technique comprend une ligneémission 2 d’air, un moteur 3 thermique et une ligne d’échappement 4 dez issus dudit moteur 3. Le moteur 3, qui est préférentiellement de typeïsel à quatre temps ou à deux temps, comprend quatre chambres deribustion comportant chacune un injecteur 5 et un piston 23.
La ligne d’admission 2 d’air comprend, de sa partie amont vers sartie aval, une entrée d’arrivée d’air 6, un filtre à air 7, un compresseur 8stiné à être couplé à une turbine 9 pour former un turbocompresseur, un roiaisseur i u a air ae suralimentation ou kaô, un volet a aamission 11 et unjartiteur 12 d’admission, apte à distribuer l’air dans chacune des chambrescombustion du moteur 3. Tous ces éléments sont reliés les uns aux autresmoyen d’un canal de circulation d’air. Ainsi, l’air issu de l’entrée 6 passe àvers le filtre à air 7 avant d’être comprimé par le compresseur 8 dubocompresseur. L’air comprimé en provenance de ce compresseur 8 estroidi par le RAS 10, avant d’être acheminé, via le répartiteur 12émission, vers les chambres du moteur 3. Le volet d’admission 11 placé enal du compresseur 8, permet de réguler le débit de l’air dans la ligneémission 2 en amont du moteur 3, en fonction de la phase d’utilisation duaicule.
La ligne d’échappement 4 comporte, de sa partie amont vers sa partieal, un collecteur d’échappement 15, un dispositif de dépollution constitué' un catalyseur 16 et/ou un filtre à particules 17, la turbine 9 dubocompresseur et une sortie 18 des gaz d’échappement vers l’extérieur duaïeule. Les gaz d’échappement sortent des chambres de combustion par lelecteur d’échappement 15, puis passent à travers la turbine 9 avant deverser le catalyseur 16 et/ou le filtre à particules 17. Ces gaz sont ensuiteacués vers l’extérieur du véhicule par la sortie 18 de ladite lignechappement 4.
Une première boucle 19 de recyclage des gaz d’échappement àémission, dite boucle EGR (de l’anglais Exhaust Gas Recirculation) hautejssion, relie la sortie du collecteur d’échappement 15 à l’entrée dujartiteur d’admission 12 pour pouvoir mélanger des gaz d’échappementtant du moteur 3, à l’air incident, circulant en amont dudit moteur 3. Unele boucle 19 est généralement équipée d’une vanne EGR 14 de régulationdébit des gaz d’échappement et d’un échangeur thermique apte à refroidirdits gaz.
Une deuxième boucle 20 EGR dite basse pression, relie une zone de lane d’échappement 4 située entre le dispositif de dépollution constitué par lealyseur 16 et/ou le filtre à particules 17, et la sortie 18, à une zone de la ne a admission z situee entre le tiitre a air / et le compresseur a. uetteucle 20 est également équipée d’un refroidisseur 21 et d’une vanne EGR 22régulation du débit des gaz d’échappement, ledit refroidisseur 21 étanticé en amont de ladite vanne 22 au sein de ladite boucle 20.
Par exemple, la deuxième boucle EGR 20 est ouverte durant desases de roulage particulières du véhicule, en fonction notamment dessoins en dépollution et en performance du moteur 3. En effet, une telleLicle 20 est apte à faire baisser le taux de particules d’oxyde d’azote émises' le moteur 3, et à renforcer les performances dudit moteur 3 lors d’unelisation de celui-ci à certains régimes. Or, il peut arriver que le débitiximal des gaz d’échappement circulant dans la deuxième boucle EGR 20e boucle basse pression, soit insuffisant pour assurer avec efficacité cesjx fonctions de dépollution et de performance du moteur 3. Selon cejmier mode de réalisation d’un groupe motopropulseur 1 de l’état de laihnique, un premier moyen mis en œuvre pour résoudre ce problèmensuffisance de débit dans cette deuxième boucle EGR 20, consiste àplanter un premier volet 24 dans la ligne d’admission 2 entre le filtre à air 7le compresseur 8, en amont du point de raccordement 25 de laditejxième boucle 20 EGR sur ladite ligne d’admission 2. Un tel volet 24 eststiné à créer une dépression dans la ligne d’admission 2 de façon à aspirers efficacement les gaz d’échappement circulant dans la deuxième boucle 20R vers ladite ligne d’admission 2. Cette solution présente l’inconvénient dejvoquer un étouffement du moteur 3, et n’est donc pas satisfaisante.
En se référant à la figure 2, selon un deuxième mode de réalisationn groupe motopropulseur 50 selon l’état de la technique, un deuxièmelyen mis en œuvre pour résoudre ce problème d’insuffisance de débit danste deuxième boucle EGR 20, consiste à implanter un deuxième volet 26ns la ligne d’échappement 4, entre le point de raccordement 27 de lajxième boucle 20 EGR sur ladite ligne 4, et la sortie 18 de cette lignechappement 4. De cette manière, en fermant ce deuxième volet 26, tousgaz d’échappement issus du dispositif de dépollution 16, 17 de la ligne cnappement 4, vont transiter par la aeuxieme ooucie zu luk, créant une•pression dans celle-ci. Le passage des gaz d’échappement dans cettejxième boucle 20 est ainsi renforcé pour faciliter la dépollution et accroîtreperformances du moteur 3. Cette solution présente l’inconvénientngendrer une contrepression trop élevée, qui va diminuer excessivementperformances du moteur 3, et n’est donc pas non plus satisfaisante.
En se référant à la figure 3, selon un mode de réalisation préféré d’unjupe motopropulseur 100 selon l’invention, un moyen mis en oeuvre pourioudre ce problème d’insuffisance de débit dans cette deuxième boucle EGR, consiste à monter un compresseur électrique 30 en parallèle sur la ligneémission 2. Ce compresseur électrique 30 est relié à la ligne d’admission 2moyen d’un canal amont 31 et d’un canal aval 32. Le canal amont 31 prendssance sur la ligne d’admission 2, en un point situé en aval du point de:cordement 25 de ladite deuxième boucle 20 EGR sur ladite ligneémission 2. Le canal aval 32 débouche dans la ligne d’admission 2, en unnt situé entre le point de raccordement 33 du canal amont 31 sur laditene 2, et le compresseur 8. La ligne d’admission 2 comprend un volet 24tre le point où naît le canal amont 31 et le point où débouche le canal aval. Le compresseur électrique 30 est activé au moyen d’une source électriqueDtée par une unité de calcul. Il est donc autonome et peut être activélépendamment de l’état des autres éléments constitutifs du groupeitopropulseur 100, et des conduits reliant lesdits éléments. Par conséquent,squ’il est réclamé un débit important de gaz d’échappement dans lajxième boucle 20 EGR, la vanne EGR 22 est ouverte et le compresseurctrique 30 est activé pour aspirer lesdits gaz d’échappement dans laditeLicle 20. Selon le degré d’ouverture du volet 24, une proportion plus ou)ins grande des gaz est orientée vers le compresseur électrique 30. Ces gazit d’abord aspirés dans le canal amont 31 avant d’être comprimés par leripresseur électrique 30, puis d’être envoyés, via le canal aval 32, vers leripresseur 8 du turbocompresseur. De cette manière, les gazchappement en provenance de la deuxième boucle EGR 20 arrivent aueau dudit compresseur 8 en étant déjà comprimés. a titre a exemple, selon un premier ae réalisation pretere a un procédétilisation d’un groupe motopropulseur 100 selon l’invention, lorsque lelicule est utilisé à bas ou à moyen régime, la deuxième boucle 20 EGR esti/erte via la vanne EGR 22, pour permettre le passage des gazchappement dans la ligne d’admission 2. Simultanément, le compresseurctrique 30 est activé pour mettre en pression lesdits gaz d’échappementant qu’ils ne parviennent au compresseur 8 du turbocompresseur. Le voletest fermé au moins partiellement pour forcer le passage d’au moins unertie des gaz dans le canal amont 31, vers le compresseur 30. Pour de telsjimes, pour lesquels les performances du moteur 3 ne sont pas recherchées,deuxième boucle 20 EGR et le compresseur électrique 30 vont assurés uneique fonction de dépollution. A titre d’exemple, selon un deuxième mode de réalisation préféré d’unjcédé d’utilisation d’un groupe motopropulseur 100 selon l’invention,sque le véhicule est à fort régime, seul le turbocompresseur 8, 9 est sollicitéLir assurer les performances du véhicule ainsi que la dépollution. Dans cesiditions, la deuxième boucle 20 EGR reste fermée, et le compresseurctrique 30 n’est alors pas activé. Le volet 24 est au moins partiellement✓ert.
Claims (3)
- BŒNdicatiqns1. Groupe motopropulseur (100) d'un véhicule comprenant un moteur (3), une ligne d'admission (2) d'air frais apte à alimenter ledit moteur (3),une ligne d'échappement (4) apte à évacuer les gaz d'échappementissus dudit moteur (3), une boucle (20) de recyclage reliant ladite ligned'échappement (4) à ladite ligne d'admission (2) et permettantd'acheminer des gaz d'échappement vers la ligne d'admission (2) et uncompresseur autonome (30) relié à la ligne d'admission (2) etpermettant d'aspirer les gaz d'échappement en provenance de laditeboucle (20) et de les réinjecter avec une pression accrue dans laditeligne d'admission (2), ledit groupe motopropulseur comprenant de plusau moins un turbocompresseur constitué d'un compresseur (8) placésur la ligne d'admission (2) d'air et une turbine (9) placée sur ia ligned'échappement (4), la boucle (20) de recyclage se raccordant à la ligned'admission (2) en amont du compresseur (8) du turbocompresseur, lecompresseur autonome (30) permettant de réinjecter les gazd'échappement issus de la boucle (20) dans une zone de ladite ligned'admission (2) située en amont du compresseur (8) du turbocompresseur, caractérisé en ce que le compresseur autonome (30)est monté en parallèle sur la ligne d'admission (2).
- 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce quele compresseur autonome est un compresseur électrique (30). 3. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 1 ou2, caractérisé en ce que le compresseur autonome (30) est relié à laligne d'admission (2) au moyen d'un canal amont (31) et d'un canalaval (32), de sorte _que les gaz de la boucle (20) transitent d'abord parle canal amont (31) avant d'être mis sous pression par le compresseurautonome (30) puis d'être ensuite réacheminés sous pression dans laligne d'admission (2), en amont du compresseur (8). 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce quele canal amont (31) prend naissance sur la ligne d'admission (2) en unpoint (33) situé en aval du- point de raccordement (25) de la boucle (20)à ladite ligne d'admission (2). 5. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 3 ou4, caractérisé en ce que le canal aval (32) débouche dans la ligned'admission (2) en un point situé entre le point (33) de raccordementdu canal amont (31) à ladite ligne (2) et le compresseur (8) duturbocompresseur. 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce laligne d'admission (2) comprend un volet (24) entre le point où naît lecanal amont (31) et le point où débouche le canal aval (32), et en ceque le degré d'ouverture dudit volet (24) permet d'orienter uneproportion plus ou moins grande du flux gazeux vers le compresseurautonome (30). 7. Groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendications 1 à6, caractérisé en ce que la ligne d'échappement (4) comprend undispositif de dépollution (16, 17) des gaz d’échappement situé en avalde la turbine (9), et en ce que la boucle (20) de recyclage prendnaissance sur ladite ligne d'échappement (4) en un point (27) situé enaval dudit dispositif de dépôllution (16, 17). 8. Procédé d'utilisation d'un groupe motopropulseur (100) de véhiculeselon la revendication 6, ledit véhicule étant à bas ou à moyen régime,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, - une étape d'ouverture de la boude (20) afin d'acheminer des gazd’échappement vers la ligne d'admission (2), - une étape d'activation du compresseur autonome (30) afind'augmenter le débit des gaz d'échappement dans la ligned'admission (2), “ une étape de fermeture au moins partielle du volet (24),
- 9. Procédé d'utilisation d'un groupe motopropulseur (100) de véhiculeselon la revendication 6, ledit véhicule étant fort régime, caractérisé ence qu'il comprend les étapes suivantes, - une étape de fermeture de la boucle (20), - une étape de désactivation du compresseur autonome (30), - une étape d’ouverture au moins partielle du volet (24).
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-
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