FR3047273A1 - INTAKE AIR MANAGEMENT SYSTEM FOR A THERMAL MOTOR OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système (1) de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique (2) de véhicule automobile, ce système comportant : - un compresseur de suralimentation électrique (3) agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné au moteur thermique, - un dispositif de refroidissement (4) agencé pour refroidir l'air entrant dans le compresseur ou sortant du compresseur, ce dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l'activation du compresseur.The invention relates to an intake air management system (1) for a motor vehicle heat engine (2), this system comprising: an electric supercharger (3) arranged to compress, in particular in a transitional phase of operation of the engine, the intake air for the engine, - a cooling device (4) arranged to cool the air entering the compressor or leaving the compressor, the cooling device being arranged to be pre- cooled before compressor activation.
Description
Système de gestion d’air d’admission pour un moteur thermique de véhicule automobileIntake air management system for a motor vehicle engine
La présente invention concerne un système de gestion d’air d’admission pour un moteur thermique de véhicule automobile.The present invention relates to an intake air management system for a motor vehicle engine.
Par exemple la demande de brevet GB2516060 décrit un compresseur de suralimentation électrique.For example, patent application GB2516060 describes an electric supercharger.
On connaît par la demande de brevet FR3015577 un compresseur électrique entraîné par un moteur électrique dans le but de suralimenter un moteur thermique de véhicule automobile. La suralimentation permet de conserver les performances d’un moteur tout en en diminuant la cylindrée (downsizing selon la terminologie anglaise). Pour un couple donné à fournir, la charge est alors plus importante, ce qui conduit généralement à un meilleur rendement et une consommation de carburant réduite. Un compresseur électrique est utilisé seul ou en complément d’un turbocompresseur dans le but d’en réduire le temps de réponse. La pleine marche du moteur peut ainsi être atteinte plus rapidement, ce qui permet de réduire encore la cylindrée dans l’objectif de réduire la consommation moyenne en usage courant du moteur. L’invention vise à améliorer les systèmes décrits ci-dessus. L’invention a ainsi pour objet un système de gestion d’air d’admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, ce système comportant : un compresseur de suralimentation électrique agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l’air d’admission destiné au moteur thermique, un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l’air entrant dans le compresseur ou sortant du compresseur, ce dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l’activation du compresseur.The patent application FR3015577 discloses an electric compressor driven by an electric motor for the purpose of supercharging a motor vehicle engine. The supercharging keeps the performance of an engine while reducing the engine capacity (downsizing according to English terminology). For a given torque to provide, the load is then greater, which generally leads to better performance and reduced fuel consumption. An electric compressor is used alone or in addition to a turbocharger in order to reduce the response time. The full engine running can be reached faster, which further reduces the engine capacity in order to reduce the average consumption in current use of the engine. The invention aims to improve the systems described above. The invention thus relates to an intake air management system for a motor vehicle engine, the system comprising: an electric supercharger arranged to compress, particularly in a transient phase of operation of the engine, the intake air for the heat engine, a cooling device arranged to cool the air entering the compressor or leaving the compressor, the cooling device being arranged to be pre-cooled before the activation of the compressor.
La phase transitoire de fonctionnement peut être par exemple une phase d’accélération du véhicule ou une phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille (fonctionnement « stop and start » en anglais).The transient phase of operation can be for example a vehicle acceleration phase or an automatic restart phase of the engine after a standby ("stop and start" operation).
Grâce à l’invention, le dispositif de refroidissement est agencé de sorte que le refroidissement de l’air d’admission augmente la densité de l’air d’admission tout en maintenant la pression de manière à réduire la consommation électrique du compresseur de suralimentation ou, en variante, à puissance électrique constante d’augmenter la densité de l’air.Thanks to the invention, the cooling device is arranged so that the cooling of the intake air increases the density of the intake air while maintaining the pressure so as to reduce the power consumption of the supercharger or, alternatively, at constant electric power to increase the density of the air.
Avantageusement le dispositif de refroidissement est agencé pour être pré-refroidi par un fluide de refroidissement, notamment de l’eau ou un liquide d’un circuit de climatisation du véhicule. L’eau de refroidissement peut par exemple provenir d’une source basse température présente sur le véhicule (notamment moins de 40°C) ou le liquide de climatisation provenant du circuit de climatisation.Advantageously, the cooling device is arranged to be pre-cooled by a cooling fluid, in particular water or a liquid of an air conditioning circuit of the vehicle. The cooling water may for example come from a low temperature source present on the vehicle (especially less than 40 ° C) or the air conditioning liquid from the air conditioning circuit.
Le dispositif de refroidissement est de préférence connecté fluidiquement à un circuit de climatisation du véhicule.The cooling device is preferably fluidly connected to an air conditioning circuit of the vehicle.
Le dispositif de refroidissement comporte notamment des canaux pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux étant agencés pour refroidir l’air admission qui vient en contact avec ces canaux.The cooling device comprises in particular channels for receiving the cooling fluid, these channels being arranged to cool the intake air which comes into contact with these channels.
Les canaux de refroidissement s’étendent par exemple au moins partiellement en parallèle entre eux.The cooling channels extend for example at least partially in parallel with each other.
Si on le souhaite, l’un au moins des canaux, notamment tous les canaux, comportent au moins une paroi plane au contact de laquelle l’air d’admission est refroidi.If desired, at least one of the channels, including all the channels, comprise at least one plane wall in contact with which the intake air is cooled.
Le dispositif de refroidissement est notamment un composant placé sur le chemin de l’air d’admission en amont ou en aval du compresseur de suralimentation électrique.The cooling device is in particular a component placed in the path of the intake air upstream or downstream of the electric supercharger.
Avantageusement le système comporte en outre un turbocompresseur placé sur le chemin de l’air d’admission, en plus du compresseur de suralimentation électrique.Advantageously, the system further comprises a turbocharger placed in the path of the intake air, in addition to the electric supercharger.
Le compresseur de suralimentation électrique est notamment agencé, durant la phase transitoire, pour être activé avant l’activation du turbocompresseur.The electric supercharger is especially arranged, during the transient phase, to be activated before the activation of the turbocharger.
Le compresseur de suralimentation (« electric supercharger » en anglais) vient en complément du turbocompresseur pour palier son temps de réponse (dû à son inertie et au temps nécessaire pour que les gaz d'échappement aient une énergie suffisante pour l'entraîner). Le compresseur fournit une suralimentation en quelques centaines de millisecondes jusqu'à ce que le turbocompresseur ait une vitesse suffisante pour prendre le relais.The supercharger compressor ("electric supercharger" in English) is in addition to the turbocharger to compensate for its response time (due to its inertia and the time required for the exhaust gases have sufficient energy to drive). The compressor provides supercharging in a few hundred milliseconds until the turbocharger has sufficient speed to take over.
La vitesse de rotation de ce type de machine électrique peut atteindre 70000 tours/min.The speed of rotation of this type of electric machine can reach 70000 revolutions / min.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante présente un temps de réponse de l’ordre de 250ms pour passer de 5000 à 70000 tours/min.According to one embodiment, said rotating electrical machine has a response time of the order of 250 ms to go from 5000 to 70,000 revolutions / min.
Le système est notamment agencé de sorte que, lorsque le compresseur de suralimentation électrique est désactivé, l’air d’admission provenant du turbocompresseur est dévié du dispositif de refroidissement de manière à éviter que cet air d’admission qui peut être chauffé par le turbocompresseur n’entrave le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement.The system is arranged such that, when the electric supercharger is off, the intake air from the turbocharger is diverted from the cooling device to prevent that intake air that can be heated by the turbocharger prevents the pre-cooling of the cooling device.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l’invention, le système comporte un circuit de dérivation présentant une entrée disposée entre le turbocompresseur et l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, et une sortie disposée entre cet ensemble et le moteur à combustion, de manière à permettre une dérivation d’air d’admission provenant du turbocompresseur vers le moteur thermique sans passer par l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement.In an exemplary implementation of the invention, the system comprises a bypass circuit having an inlet disposed between the turbocharger and the assembly formed by the supercharger and the cooling device, and an outlet disposed between this assembly and the combustion engine, so as to allow a bypass of intake air from the turbocharger to the engine without passing through the assembly formed by the supercharger and the cooling device.
En variante, le système comporte un circuit de dérivation présentant une entrée disposée en amont de l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, et une sortie disposée entre cet ensemble et le turbocompresseur, de manière à permettre une dérivation d’air d’admission vers le turbocompresseur sans passer par l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement.Alternatively, the system comprises a bypass circuit having an inlet disposed upstream of the assembly formed by the supercharger and the cooling device, and an outlet disposed between this assembly and the turbocharger, so as to allow a bypass of intake air to the turbocharger without passing through the assembly formed by the supercharger and the cooling device.
Le circuit de dérivation comporte avantageusement une vanne de dérivation, cette vanne étant agencée pour être sélectivement ouverte pour laisser l’air d’admission passer dans ce circuit de dérivation et fermée pour imposer le passage d’air d’admission vers le compresseur de suralimentation électrique.The bypass circuit advantageously comprises a bypass valve, this valve being arranged to be selectively open to allow the intake air to pass into this bypass circuit and closed to impose the passage of intake air to the supercharger electric.
Le système comporte de préférence une vanne de protection disposée sur le chemin de l’air d’admission et en amont de l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, de manière à bloquer toute circulation d’air d’admission provenant du turbocompresseur vers le dispositif de refroidissement. Ceci permet de ne pas entraver le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement.The system preferably comprises a protection valve arranged in the path of the intake air and upstream of the assembly formed by the supercharger and the cooling device, so as to block any air circulation of intake from the turbocharger to the cooling device. This makes it possible not to hinder the pre-cooling of the cooling device.
Les vannes de dérivation et de protection sont de préférence logées dans une enceinte commune, notamment un boîtier commun.The bypass and protection valves are preferably housed in a common enclosure, including a common housing.
Les vannes de dérivation et de protection sont avantageusement actionnées par un moteur électrique commun.The bypass and protection valves are advantageously actuated by a common electric motor.
Si on le souhaite, les vannes de dérivation et de protection comportent chacune un volet pivotant entre une position fermée et une position ouverte, ces volets étant actionnés par le moteur électrique.If desired, the bypass and protection valves each comprise a pivoting flap between a closed position and an open position, these flaps being actuated by the electric motor.
Ce moteur unique pour actionner les deux vannes permet d’avoir un système plus compact. De plus ce moteur commun permet de commander les vannes de manière bien synchronisée, sans nécessiter de module de contrôle additionnel complexe. L’invention a encore pour objet un procédé de gestion d’air d’admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, ce procédé comportant les étapes suivantes : - Fournir un compresseur de suralimentation électrique agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l’air d’admission destiné au moteur thermique, - Fournir un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l’air entrant dans le compresseur ou sortant du compresseur, ce dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l’activation du compresseur. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel : - les figures 1 à 3 illustrent, schématiquement et partiellement, différents modes de réalisation du système de gestion selon l’invention.This unique motor to operate both valves allows for a more compact system. In addition, this common motor makes it possible to control the valves in a well synchronized manner, without requiring a complex additional control module. The subject of the invention is also an intake air management method for a motor vehicle engine, this method comprising the following steps: providing an electric supercharger arranged to compress, in particular in a transient phase of operation of the engine, the intake air for the engine, - Provide a cooling device arranged to cool the air entering the compressor or leaving the compressor, the cooling device being arranged to be pre-cooled before the compressor activation. The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawing in which: FIGS. 1 to 3 illustrate , schematically and partially, different embodiments of the management system according to the invention.
On a représenté sur la figure 1 un système 1 de gestion d’air d’admission pour un moteur thermique 2 de véhicule automobile, ce système 1 comportant : un compresseur de suralimentation électrique 3 agencé pour comprimer, dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l’air d’admission destiné au moteur thermique 2, un dispositif de refroidissement 4 agencé pour refroidir l’air entrant dans le compresseur 3 ou sortant du compresseur 3, ce dispositif de refroidissement 4 étant agencé pour être pré-refroidi avant l’activation du compresseur 3.FIG. 1 shows an intake air management system 1 for a motor vehicle engine 2, this system 1 comprising: an electric supercharger 3 arranged to compress, in a transient phase of engine operation thermal, the intake air for the engine 2, a cooling device 4 arranged to cool the air entering the compressor 3 or leaving the compressor 3, the cooling device 4 being arranged to be pre-cooled before the activation of the compressor 3.
La phase transitoire de fonctionnement peut être par exemple une phase d’accélération du véhicule, ou une phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille.The transient phase of operation can be for example a vehicle acceleration phase, or a phase of automatic restart of the engine after a standby.
Le dispositif de refroidissement 4 est agencé pour être prérefroidi par un fluide de refroidissement, notamment de l’eau ou un liquide d’un circuit de climatisation du véhicule. L’eau de refroidissement est par exemple à une température inférieure à 40°C et le liquide de climatisation, le cas échéant; est pris sur le circuit de climatisation du véhicule et est à une température de moins de 10°C.The cooling device 4 is arranged to be pre-cooled by a cooling fluid, in particular water or a liquid of an air conditioning circuit of the vehicle. The cooling water is for example at a temperature below 40 ° C and the air conditioning liquid, if any; is caught on the vehicle's air conditioning system and is at a temperature of less than 10 ° C.
Le dispositif de refroidissement est connecté fluidiquement à un circuit de climatisation 5 du véhicule.The cooling device is fluidly connected to an air conditioning circuit 5 of the vehicle.
Le dispositif de refroidissement 4 comporte des canaux 6 pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux 6 étant agencés pour refroidir l’air admission qui vient en contact avec ces canaux.The cooling device 4 comprises channels 6 for receiving the cooling fluid, these channels 6 being arranged to cool the intake air which comes into contact with these channels.
Les canaux de refroidissement 6 s’étendent en parallèle entre eux et comportent chacun des parois planes au contact de laquelle l’air d’admission est refroidi.The cooling channels 6 extend in parallel with each other and each comprise flat walls in contact with which the intake air is cooled.
Le dispositif de refroidissement 4 est un composant placé sur le chemin 10 de l’air d’admission en aval du compresseur de suralimentation électrique 3.The cooling device 4 is a component placed on the path 10 of the intake air downstream of the electric supercharger 3.
Le système 1 comporte en outre un turbocompresseur électrique 11 placé sur le chemin de l’air d’admission 10, en plus du compresseur de suralimentation électrique 3.The system 1 further comprises an electric turbocharger 11 placed in the path of the intake air 10, in addition to the electric supercharger 3.
Le compresseur de suralimentation électrique 3 est agencé, durant la phase transitoire, pour être activé avant l’activation du turbocompresseur 11.The electric supercharger 3 is arranged, during the transient phase, to be activated before the activation of the turbocharger 11.
Le système 1 est agencé de sorte que, lorsque le compresseur de suralimentation électrique 3 est désactivé, l’air d’admission provenant du turbocompresseur 11 est dévié du dispositif de refroidissement 4 de manière à éviter que cet air d’admission qui peut être chauffé par le turbocompresseur n’entrave le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement.The system 1 is arranged so that, when the electric supercharger 3 is turned off, the intake air from the turbocharger 11 is diverted from the cooling device 4 so as to prevent this intake air which can be heated. by the turbocharger does not impede the pre-cooling of the cooling device.
Le système 1 comporte ainsi un circuit de dérivation 12 présentant une entrée 13 disposée entre le turbocompresseur 11 et l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation 3 et le dispositif de refroidissement 4, et une sortie 14 disposée entre cet ensemble et le moteur à combustion 2, de manière à permettre une dérivation d’air d’admission provenant du turbocompresseur 11 vers le moteur thermique sans passer par l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement 4.The system 1 thus comprises a bypass circuit 12 having an inlet 13 disposed between the turbocharger 11 and the assembly formed by the supercharging compressor 3 and the cooling device 4, and an outlet 14 disposed between this assembly and the combustion engine. 2, so as to allow a bypass of intake air from the turbocharger 11 to the engine without passing through the assembly formed by the supercharger and the cooling device 4.
En variante, comme illustré sur la figure 2, le système 1 comporte un circuit de dérivation 12 présentant une entrée 13 disposée en amont de l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation 3 et le dispositif de refroidissement 4, et une sortie 14 disposée entre cet ensemble et le turbocompresseur 11, de manière à permettre une dérivation d’air d’admission vers le turbocompresseur 11 sans passer par l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement.In a variant, as illustrated in FIG. 2, the system 1 comprises a bypass circuit 12 having an inlet 13 disposed upstream of the assembly formed by the supercharging compressor 3 and the cooling device 4, and an outlet 14 arranged between this assembly and the turbocharger 11, so as to allow a bypass of intake air to the turbocharger 11 without passing through the assembly formed by the supercharger and the cooling device.
Un échangeur de chaleur 15 est prévu sur le chemin d’air d’admission 10 en aval du turbocompresseur 11. Cet échangeur 15 est un des échangeurs connus d’air de suralimentation, il est soit refroidi par de l’air extérieur (échangeur air/ air) soit refroidi par de l’eau basse température et dans ce cas il est appelé air/eau.A heat exchanger 15 is provided on the intake air path 10 downstream of the turbocharger 11. This exchanger 15 is one of the known exchangers of charge air, it is either cooled by outside air (air exchanger / air) is cooled by low temperature water and in this case it is called air / water.
Le circuit de dérivation 12 comporte une vanne de dérivation 20 agencée pour être sélectivement ouverte pour laisser l’air d’admission passer dans ce circuit de dérivation 12 et fermée pour imposer le passage d’air d’admission vers le compresseur de suralimentation électrique 3.The bypass circuit 12 comprises a bypass valve 20 arranged to be selectively open to allow the intake air to pass into this bypass circuit 12 and closed to impose the intake air passage to the electric supercharger 3 .
Le système 1 comporte également une vanne de protection 21 disposée sur le chemin de l’air d’admission et en amont de l’ensemble formé par le compresseur de suralimentation 3 et le dispositif de refroidissement 4, de manière à bloquer toute circulation d’air d’admission provenant du turbocompresseur 11 vers le dispositif de refroidissement 4. Ceci permet de ne pas entraver le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement 4.The system 1 also comprises a protection valve 21 disposed in the path of the intake air and upstream of the assembly formed by the supercharger compressor 3 and the cooling device 4, so as to block any circulation of intake air from the turbocharger 11 to the cooling device 4. This makes it possible not to impede the pre-cooling of the cooling device 4.
Les vannes de dérivation 20 et de protection 21 peuvent être des vannes séparées, comme illustré sur les figures 1 et 2. Dans ce cas, ces vannes 20 et 21 sont par exemple commandées par des moteurs électriques distincts.The bypass 20 and protection valves 21 may be separate valves, as illustrated in Figures 1 and 2. In this case, these valves 20 and 21 are for example controlled by separate electric motors.
En variante, comme illustré sur la figure 3, les vannes de dérivation 20 et de protection 21 sont formées par une vanne double 25 et sont logées dans un boîtier commun 26.In a variant, as illustrated in FIG. 3, bypass 20 and protection valves 21 are formed by a double valve 25 and are housed in a common housing 26.
Les vannes de dérivation 20 et de protection 21 sont alors actionnées par un moteur électrique commun 28.The bypass 20 and protection valves 21 are then actuated by a common electric motor 28.
Les vannes de dérivation 20 et de protection 21 comportent chacune un volet pivotant 30 et 31 entre une position fermée et une position ouverte, ces volets 30 et 31 étant actionnés par le moteur électrique 28.The bypass 20 and protection valves 21 each comprise a pivoting flap 30 and 31 between a closed position and an open position, these flaps 30 and 31 being actuated by the electric motor 28.
Ce moteur unique 28 pour actionner les deux vannes permet d’avoir un système plus compact. De plus ce moteur commun permet de commander les vannes de manière bien synchronisée, sans nécessiter de module de contrôle additionnel complexe.This single motor 28 to operate the two valves allows for a more compact system. In addition, this common motor makes it possible to control the valves in a well synchronized manner, without requiring a complex additional control module.
La double vanne 25 comprend ainsi deux volets dans chacune des conduites d’air, la première pour aller au compresseur de suralimentation 3 et la seconde pour assurer la fonction de dérivation du compresseur de suralimentation 3. Lors de l’activation du compresseur de suralimentation 3, le volet 31 est ouvert et le volet de dérivation 30 est fermé. Lorsque le compresseur de suralimentation 3 ne fonctionne pas, la dérivation est ouverte et la voie vers le compresseur de suralimentation 3 est fermée de façon à ne pas réchauffer l’échangeur placé en sortie du compresseur de suralimentation 3 et de conserver ainsi toutes ses caractéristiques thermiques lors des activations du compresseur de suralimentation 3.The double valve 25 thus comprises two flaps in each of the air ducts, the first to go to the supercharger compressor 3 and the second to provide the bypass function of the supercharger 3. When activating the supercharger 3 the flap 31 is open and the bypass flap 30 is closed. When the supercharger 3 is not operating, the bypass is open and the path to the supercharger 3 is closed so as not to heat the exchanger placed at the outlet of the supercharger 3 and thus retain all its thermal characteristics. when activating the supercharger 3.
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