FR3055670A1 - ENERGY RECOVERY SYSTEM - Google Patents
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Abstract
La présente invention décrit un système de récupération d'énergie (30) dans un circuit d'échappement (3) d'un moteur thermique (1), comprenant : - une ligne d'échappement (5), - une vanne de contrôle du débit d'échappement (17), - une ligne de recirculation (6) agencée pour recevoir des gaz d'échappement du moteur thermique (1), la ligne de recirculation (6) comportant un échangeur thermique (7), un conduit auxiliaire (9) reliant la ligne d'échappement (5) et la ligne de recirculation (6), une vanne trois voies (11) disposée à la jonction (10) entre le conduit auxiliaire (9) et la ligne de recirculation (6), la vanne trois voies (11) étant agencée pour contrôler le débit de gaz circulant dans le conduit auxiliaire (9) et le débit de gaz circulant dans la ligne de recirculation (6), l'échangeur thermique (7) étant en partie intégré à un dispositif de dépollution (20) des gaz d'échappement du moteur thermique (1).The present invention describes a system for energy recovery (30) in an exhaust circuit (3) of a heat engine (1), comprising: - an exhaust line (5), - a control valve of the exhaust flow (17); - a recirculation line (6) arranged to receive exhaust gases from the heat engine (1), the recirculation line (6) comprising a heat exchanger (7), an auxiliary duct ( 9) connecting the exhaust line (5) and the recirculation line (6), a three-way valve (11) disposed at the junction (10) between the auxiliary duct (9) and the recirculation line (6), the three-way valve (11) being arranged to control the flow rate of gas flowing in the auxiliary duct (9) and the flow rate of gas flowing in the recirculation line (6), the heat exchanger (7) being partly integrated with a device for the depollution (20) of the exhaust gases of the heat engine (1).
Description
® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE® FRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY © Publication number:
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)(to be used only for reproduction orders)
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055 670055 670
5836358363
COURBEVOIE © IntCI8 : F 02 M26/00 (2017.01), F 02 M 26/13COURBEVOIE © IntCI 8 : F 02 M26 / 00 (2017.01), F 02 M 26/13
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
Pty SYSTEME DE RECUPERATION D'ENERGIE.Pty ENERGY RECOVERY SYSTEM.
FR 3 055 670 - A1 tg// La présente invention décrit un système de récupération d'énergie (30) dans un circuit d'échappement (3) d'un moteur thermique (1), comprenant:FR 3 055 670 - A1 tg // The present invention describes an energy recovery system (30) in an exhaust circuit (3) of a heat engine (1), comprising:
- une ligne d'échappement (5),- an exhaust line (5),
- une vanne de contrôle du débit d'échappement (17),- an exhaust flow control valve (17),
- une ligne de recirculation (6) agencée pour recevoir des gaz d'échappement du moteur thermique (1 ), la ligne de recirculation (6) comportant un échangeur thermique (7), un conduit auxiliaire (9) reliant la ligne d'échappement (5) et la ligne de recirculation (6), une vanne trois voies (11) disposée à la jonction (10) entre le conduit auxiliaire (9) et la ligne de recirculation (6), la vanne trois voies (11) étant agencée pour contrôler le débit de gaz circulant dans le conduit auxiliaire (9) et le débit de gaz circulant dans la ligne de recirculation (6), l'échangeur thermique (7) étant en partie intégré à un dispositif de dépollution (20) des gaz d'échappement du moteur thermique (1).- a recirculation line (6) arranged to receive exhaust gases from the heat engine (1), the recirculation line (6) comprising a heat exchanger (7), an auxiliary duct (9) connecting the exhaust line (5) and the recirculation line (6), a three-way valve (11) disposed at the junction (10) between the auxiliary duct (9) and the recirculation line (6), the three-way valve (11) being arranged to control the flow of gas flowing in the auxiliary duct (9) and the flow of gas flowing in the recirculation line (6), the heat exchanger (7) being partly integrated into a pollution control device (20) combustion engine exhaust gas (1).
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Système de récupération d'énergieEnergy recovery system
La présente invention concerne un système de récupération d'énergie dans un circuit d'échappement d'un moteur thermique, notamment pour véhicule automobile.The present invention relates to an energy recovery system in an exhaust circuit of a heat engine, in particular for a motor vehicle.
On connaît, par exemple par le brevet US 8,862,369, le principe de recirculer une partie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion vers l'admission du moteur, de préférence après les avoir refroidis en traversant un échangeur thermique. Cette technologie permet, sur les moteurs Diesel, de réduire les émissions d'oxyde d'azote. Elle permet également, sur les moteurs à allumage commandé suralimentés, de diminuer la consommation de carburant.We know, for example from US Pat. No. 8,862,369, the principle of recirculating part of the exhaust gases from a combustion engine towards the engine intake, preferably after having cooled them by passing through a heat exchanger. This technology makes it possible, on diesel engines, to reduce nitrogen oxide emissions. It also makes it possible, on supercharged spark-ignition engines, to reduce fuel consumption.
On connaît également, notamment par la demande internationale WO2013/167823, le principe de récupérer une partie de la chaleur des gaz d'échappement d'un moteur thermique, en transférant cette énergie thermique vers un fluide caloporteur. Pour cela, le circuit d'échappement du moteur thermique comprend différentes lignes connectées entre elles, et le débit de gaz dans les différentes lignes est contrôlé par plusieurs vannes.Also known, in particular from international application WO2013 / 167823, the principle of recovering part of the heat from the exhaust gases of a heat engine, by transferring this thermal energy to a heat transfer fluid. For this, the exhaust circuit of the heat engine comprises different lines connected to each other, and the gas flow in the different lines is controlled by several valves.
La présence simultanée d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement vers d'admission du moteur et d'un dispositif de récupération d'énergie à l'échappement tend à multiplier le nombre de composants nécessaires, comme par exemple les échangeurs thermiques et les vannes de contrôle du débit de gaz dans les différentes lignes. Cette augmentation du nombre de composants augmente le coût du système, ainsi que son poids et rend leur implantation dans le véhicule plus difficile.The simultaneous presence of an exhaust gas recirculation circuit to the engine intake and an exhaust energy recovery device tends to multiply the number of components required, such as heat exchangers and gas flow control valves in the different lines. This increase in the number of components increases the cost of the system, as well as its weight and makes their installation in the vehicle more difficult.
Le but de l'invention est de permettre d'assurer une recirculation des gaz d'échappement et une récupération d'énergie à l'échappement, soit sélectivement soit de manière concomitante, tout en minimisant le nombre de composants présents dans les différents circuits et en facilitant leur intégration.The object of the invention is to allow recirculation of the exhaust gases and recovery of energy from the exhaust, either selectively or concomitantly, while minimizing the number of components present in the various circuits and by facilitating their integration.
A cet effet, l'invention propose un système de récupération d'énergie dans un circuit de gaz d'échappement d'un moteur thermique, comprenant :To this end, the invention proposes a system for recovering energy in an exhaust gas circuit of a heat engine, comprising:
une ligne d'échappement, une vanne de contrôle du débit d'échappement disposée dans la ligne d'échappement, une ligne de recirculation agencée pour recevoir des gaz d'échappement du moteur thermique, la ligne de recirculation comportant un échangeur thermique, un conduit auxiliaire reliant la ligne d'échappement et la ligne de recirculation, la jonction entre le conduit auxiliaire et la ligne d'échappement étant située en aval de la vanne de contrôle du débit d'échappement, et la jonction entre le conduit auxiliaire et la ligne de recirculation étant située en aval de l'échangeur thermique, une vanne trois voies disposée à la jonction entre le conduit auxiliaire et la ligne de recirculation, la vanne trois voies étant agencée pour contrôler le débit de gaz circulant dans le conduit auxiliaire et le débit de gaz circulant dans la ligne de recirculation, l'échangeur thermique étant en partie intégré à un dispositif de dépollution des gaz d'échappement du moteur thermique.an exhaust line, an exhaust flow control valve disposed in the exhaust line, a recirculation line arranged to receive exhaust gases from the heat engine, the recirculation line comprising a heat exchanger, a conduit auxiliary connecting the exhaust line and the recirculation line, the junction between the auxiliary duct and the exhaust line being located downstream of the exhaust flow control valve, and the junction between the auxiliary duct and the line being located downstream of the heat exchanger, a three-way valve arranged at the junction between the auxiliary duct and the recirculation line, the three-way valve being arranged to control the flow of gas circulating in the auxiliary duct and the flow of gas circulating in the recirculation line, the heat exchanger being partly integrated into a device for cleaning up exhaust gases from the thermal motor.
L'intégration partielle de l'échangeur thermique au dispositif de dépollution permet d'obtenir un ensemble compact. De plus les gaz d'échappement entrent ainsi dans l'échangeur thermique à une température élevée, ce qui permet d'augmenter le potentiel de récupération d'énergie.The partial integration of the heat exchanger into the pollution control device makes it possible to obtain a compact assembly. In addition, the exhaust gases thus enter the heat exchanger at a high temperature, which increases the potential for energy recovery.
De préférence, la vanne trois voies comporte un volet unique mobile en rotation.Preferably, the three-way valve comprises a single flap movable in rotation.
L'emploi d'une vanne trois voies permet de contrôler le débit dans deux portions de circuit différentes avec une vanne unique, ce qui simplifie le système. L'emplacement de la vanne trois voies est appelé « coté froid », car les gaz d'échappement rejoignent la vanne trois voies après avoir subi un refroidissement en traversant l'échangeur thermique.The use of a three-way valve makes it possible to control the flow in two different portions of the circuit with a single valve, which simplifies the system. The location of the three-way valve is called "cold side" because the exhaust gases join the three-way valve after being cooled by passing through the heat exchanger.
Avantageusement, le volet de la vanne trois voies est mobile en rotation entre :Advantageously, the flap of the three-way valve is rotatable between:
Une première position angulaire dans laquelle la section de passage du conduit auxiliaire est maximale et la section de passage de la ligne de recirculation est minimale, etA first angular position in which the passage section of the auxiliary duct is maximum and the passage section of the recirculation line is minimum, and
Une deuxième position angulaire dans laquelle la section de passage du conduit auxiliaire est minimale et la section de passage de la ligne de recirculation est maximale.A second angular position in which the passage section of the auxiliary duct is minimum and the passage section of the recirculation line is maximum.
L'ajustement de la position du volet de la vanne trois voies permet d'ajuster de manière continue la section de passage respective du conduit auxiliaire et de la ligne de recirculation.Adjusting the position of the flap of the three-way valve makes it possible to continuously adjust the respective passage section of the auxiliary duct and the recirculation line.
De préférence, la section de passage minimale de la ligne de recirculation correspond à une obturation totale de la ligne de recirculation.Preferably, the minimum passage section of the recirculation line corresponds to a total closure of the recirculation line.
Il est ainsi possible de n'avoir aucune recirculation de gaz d'échappement, l'ensemble des gaz d'échappement étant alors évacué directement du moteur.It is thus possible to have no recirculation of exhaust gases, all of the exhaust gases then being discharged directly from the engine.
De préférence encore, la section de passage minimale du conduit auxiliaire correspond à une obturation à 90% du conduit auxiliaire.More preferably, the minimum passage cross section of the auxiliary conduit corresponds to a 90% closure of the auxiliary conduit.
Le conduit auxiliaire peut ainsi toujours évacuer des gaz d'échappement.The auxiliary duct can thus always evacuate exhaust gases.
Avantageusement, la section de passage maximale du conduit auxiliaire correspond à une ouverture totale du conduit auxiliaire.Advantageously, the maximum passage section of the auxiliary conduit corresponds to a total opening of the auxiliary conduit.
De préférence, la jonction entre le conduit auxiliaire et la ligne d'échappement est située en aval d'une vanne de contrôle du débit d'échappement.Preferably, the junction between the auxiliary duct and the exhaust line is located downstream of an exhaust flow control valve.
Avantageusement, la section de passage maximale de la ligne d'échappement correspond à une ouverture totale de la ligne d'échappement.Advantageously, the maximum passage section of the exhaust line corresponds to a total opening of the exhaust line.
L'ouverture totale de la section de passage permet de minimiser les pertes de charge et donc le rendement énergétique du système.The total opening of the passage section makes it possible to minimize the pressure losses and therefore the energy efficiency of the system.
Selon un mode de réalisation, la section de passage de la ligne de recirculation est contrôlée par une première aile du volet, et la section de passage du conduit auxiliaire est contrôlée par une deuxième aile du volet.According to one embodiment, the passage section of the recirculation line is controlled by a first wing of the shutter, and the passage section of the auxiliary duct is controlled by a second wing of the shutter.
De cette manière, l'augmentation de la section de passage de la ligne de recirculation est concomitante avec la diminution de la section de passage du conduit auxiliaire.In this way, the increase in the cross-section of the recirculation line is concomitant with the decrease in the cross-section of the auxiliary duct.
Selon un mode de réalisation, la jonction entre la ligne de recirculation et le conduit auxiliaire est située en amont de la position occupée par la première aile du volet lorsque le volet est en position assurant la section de passage minimale de la ligne de recirculation.According to one embodiment, the junction between the recirculation line and the auxiliary duct is located upstream of the position occupied by the first flap of the flap when the flap is in position ensuring the minimum passage section of the recirculation line.
Avantageusement, la ligne d'échappement est reliée à un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique.Advantageously, the exhaust line is connected to a device for cleaning up exhaust gases from a heat engine.
La ligne d'échappement et l'échangeur thermique de la ligne de recirculation sont ainsi tous les deux reliés au dispositif de dépollution des gaz d'échappement, ce qui permet une disposition compacte.The exhaust line and the heat exchanger of the recirculation line are thus both connected to the exhaust gas depollution device, which allows a compact arrangement.
De préférence, le dispositif de dépollution comprend un filtre à particules.Preferably, the depollution device comprises a particle filter.
Les gaz d'échappement sont ainsi débarrassés des particules provenant de résidus de combustion. Les gaz d'échappement recirculés génèrent ainsi moins d'encrassement du circuit de refroidissement et sont moins agressifs pour le dispositif de suralimentation du moteur lorsque une recirculation des gaz d'échappement en amont du compresseur est réalisée.The exhaust gases are thus freed of particles from combustion residues. The recirculated exhaust gases thus generate less fouling of the cooling circuit and are less aggressive for the engine supercharging device when recirculation of the exhaust gases upstream of the compressor is carried out.
Selon un mode de réalisation, la vanne de contrôle du débit d'échappement est une vanne de type à volet rotatif.According to one embodiment, the valve for controlling the exhaust flow is a valve of the rotary shutter type.
Ce type de vanne est de construction simple et permet d'effectuer un contrôle précis du débit d'échappement.This type of valve is simple in construction and allows precise control of the exhaust flow.
Selon un mode de réalisation, le volet rotatif de la vanne de contrôle du débit d'échappement est inséré dans un arbre de rotation du volet rotatif.According to one embodiment, the rotary flap of the exhaust flow control valve is inserted into a rotation shaft of the rotary flap.
Cette disposition permet un assemblage facile.This arrangement allows easy assembly.
Selon un mode de réalisation, le volet de la vanne trois voies est un assemblage de deux parties de volet.According to one embodiment, the flap of the three-way valve is an assembly of two flap parts.
Chaque partie du volet rotatif de la vanne trois voies est ainsi fabriquée de manière simple, et les deux parties de volet sont ensuite assemblées ensemble.Each part of the rotary flap of the three-way valve is thus manufactured in a simple manner, and the two flap parts are then assembled together.
En variante, le volet de la vanne trois voies est monobloc.As a variant, the flap of the three-way valve is in one piece.
Le volet peut par exemple être obtenu par déformation d'une pièce préformée. Le nombre de constituants est ainsi minimisé.The flap can for example be obtained by deformation of a preformed part. The number of constituents is thus minimized.
De préférence, l'échangeur thermique est de type air/eau.Preferably, the heat exchanger is of the air / water type.
Une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement est transférée au fluide caloporteur circulant dans l'échangeur thermique. L'utilisation de cette énergie récupérée permet d'augmenter le rendement thermique global du groupe moto-propulseur et donc de diminuer sa consommation de carburant.Part of the thermal energy of the exhaust gases is transferred to the heat transfer fluid circulating in the heat exchanger. The use of this recovered energy makes it possible to increase the overall thermal efficiency of the powertrain and therefore to reduce its fuel consumption.
Selon un mode de réalisation, l'échangeur thermique est relié à un circuit de refroidissement du moteur thermique, la chaleur des gaz d'échappement étant transférée au liquide de refroidissement.According to one embodiment, the heat exchanger is connected to a cooling circuit of the heat engine, the heat of the exhaust gases being transferred to the coolant.
L'énergie récupérée des gaz d'échappement peut ainsi accélérer la montée en température du moteur. La combustion est favorisée et les frottements du moteur sont minimisés, ce qui permet de réduire la consommation de carburant.The energy recovered from the exhaust gases can thus accelerate the temperature rise of the engine. Combustion is favored and engine friction is minimized, which reduces fuel consumption.
Selon un autre mode de réalisation, l'échangeur thermique est relié à un circuit de liquide indépendant du circuit de refroidissement du moteur thermique.According to another embodiment, the heat exchanger is connected to a liquid circuit independent of the thermal engine cooling circuit.
L'énergie récupérée des gaz d'échappement est transférée au fluide d'un circuit de refroidissement indépendant de celui du moteur. Ce fluide peut être utilisé pour un usage spécifique, par exemple la production d'énergie électrique par détente à travers une turbine entraînant un générateur.The energy recovered from the exhaust gases is transferred to the fluid of a cooling circuit independent of that of the engine. This fluid can be used for a specific use, for example the production of electrical energy by expansion through a turbine driving a generator.
Avantageusement, le liquide de refroidissement est principalement constitué d'alcool.Advantageously, the coolant mainly consists of alcohol.
L'ébullition du liquide de refroidissement est ainsi atteinte pour des températures peu élevées.The boiling of the coolant is thus reached for low temperatures.
L'invention concerne également un procédé de récupération d'énergie, mettant en oeuvre le système de récupération d'énergie tel que décrit précédemment, comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to an energy recovery method, implementing the energy recovery system as described above, comprising the following steps:
Contrôler la vanne de contrôle du débit d'échappement disposée dans la ligne d'échappement, (étape 50)Check the exhaust flow control valve located in the exhaust line, (step 50)
Contrôler la vanne trois voies disposée à la jonction entre un conduit auxiliaire et une ligne de recirculation, (étape 51)Check the three-way valve placed at the junction between an auxiliary pipe and a recirculation line, (step 51)
Le contrôle de la position des deux vannes permet d'assurer différents modes de fonctionnement, satisfaisants différents objectifs correspondant à différentes phases d'utilisation du moteur.The control of the position of the two valves makes it possible to ensure different operating modes, satisfying different objectives corresponding to different phases of engine use.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement est minimale,Keep the exhaust flow control valve in a position where the passage section of the exhaust line is minimal,
Maintenir la vanne trois voies dans une position où la section de passage du conduit auxiliaire est maximale et la section de passage de la ligne de recirculation est minimale, pour maximiser la récupération d'énergie des gaz d'échappement sans assurer de recirculation de gaz d'échappement.Keep the three-way valve in a position where the passage section of the auxiliary duct is maximum and the passage section of the recirculation line is minimum, to maximize energy recovery from exhaust gases without ensuring gas recirculation d 'exhaust.
Ce mode d'utilisation, désigné par mode 1, permet de récupérer le maximum d'énergie des gaz d'échappement en forçant l'ensemble des gaz d'échappement à traverser l'échangeur thermique. Aucune recirculation de gaz d'échappement n'est alors assurée.This mode of use, designated by mode 1, makes it possible to recover the maximum energy from the exhaust gases by forcing all of the exhaust gases to pass through the heat exchanger. No exhaust gas recirculation is then ensured.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement est maximale,Maintain the exhaust flow control valve in a position where the cross section of the exhaust line is maximum,
Contrôler la position de la vanne trois voies autour d'une position d'ouverture partielle de la ligne de recirculation, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés.Check the position of the three-way valve around a partially open position of the recirculation line, to regulate the flow of recirculated exhaust gases.
Ce mode d'utilisation, désigné par mode 2, permet d'assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés. Dans ce mode, le taux de recirculation est ajusté à des valeurs faibles, de l'ordre de 15%, ce qui signifie que le débit de gaz recirculés correspond à 15% du débit total de gaz d'admission du moteur.This mode of use, designated by mode 2, makes it possible to regulate the flow rate of recirculated exhaust gases. In this mode, the recirculation rate is adjusted to low values, of the order of 15%, which means that the flow of recirculated gases corresponds to 15% of the total flow of intake gas from the engine.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne trois voies dans une position où la section de passage du conduit auxiliaire est minimale et la section de passage de la ligne de recirculation est maximale, Contrôler la position de la vanne de contrôle du débit d'échappement autour d'une position d'ouverture partielle, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés.Maintain the three-way valve in a position where the passage section of the auxiliary duct is minimum and the passage section of the recirculation line is maximum, Check the position of the exhaust flow control valve around a position d partial opening to regulate the flow of recirculated exhaust gases.
Ce mode d'utilisation, désigné par mode 3, permet d'assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés, le taux de recirculation pouvant atteindre des valeurs plus élevées que celles du mode 2. En effet, la fermeture partielle de la ligne d'échappement permet d'augmenter le débit dans la portion de circuit située en amont de la vanne trois voies. La régulation du taux de recirculation est assurée en contrôlant la position de la vanne de contrôle du débit à l'échappement.This mode of use, designated by mode 3, makes it possible to regulate the flow rate of recirculated exhaust gases, the recirculation rate possibly reaching values higher than those of mode 2. In fact, the partial closure of the exhaust line increases the flow in the circuit portion located upstream of the three-way valve. The recirculation rate is regulated by controlling the position of the exhaust flow control valve.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement est minimale,Keep the exhaust flow control valve in a position where the passage section of the exhaust line is minimal,
Contrôler la position de la vanne trois voies autour d'une position d'ouverture partielle de la ligne de recirculation, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés et assurer une récupération d'énergie des gaz d'échappement.Check the position of the three-way valve around a partially open position of the recirculation line, to regulate the flow of recirculated exhaust gases and ensure energy recovery from the exhaust gases.
Ce mode d'utilisation, désigné par mode 4, permet de réguler le taux de gaz d'échappement recirculés tout en maximisant la récupération d'énergie des gaz d'échappement, puisque la section de passage minimale de la ligne d'échappement force les gaz d'échappement à traverser l'échangeur thermique avant d'être évacués.This mode of use, designated by mode 4, makes it possible to regulate the rate of recirculated exhaust gases while maximizing energy recovery from the exhaust gases, since the minimum passage section of the exhaust line forces the exhaust gas to pass through the heat exchanger before being evacuated.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement est maximale,Maintain the exhaust flow control valve in a position where the cross section of the exhaust line is maximum,
Contrôler la position de la vanne trois voies autour d'une position d'ouverture partielle du conduit de recirculation, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés en maximisant la température des gaz d'échappement recirculés.Check the position of the three-way valve around a partially open position of the recirculation duct, to ensure regulation of the flow of recirculated exhaust gases by maximizing the temperature of the recirculated exhaust gases.
Ce mode d'utilisation, désigné par mode 5, permet qu'une fraction des gaz d'échappement, n'ayant pas subi de refroidissement à travers l'échangeur thermique, empruntent le conduit auxiliaire et participe au débit de gaz recirculés. Ce mode permet de favoriser la combustion dans les premières secondes de fonctionnement du moteur, en augmentant la température du mélange comburant admis.This mode of use, designated by mode 5, allows a fraction of the exhaust gases, not having undergone cooling through the heat exchanger, to pass through the auxiliary duct and participate in the flow of recirculated gases. This mode makes it possible to promote combustion in the first seconds of engine operation, by increasing the temperature of the admitted oxidant mixture.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures.The invention will be better understood on reading the figures.
- La figure 1 représente de manière schématique un moteur à combustion équipé d'un système de récupération d'énergie selon l'invention,FIG. 1 schematically represents a combustion engine equipped with an energy recovery system according to the invention,
- La figure 2 décrit de manière schématique la position des différentes vannes de contrôle du débit de gaz du système de récupération d'énergie, selon le mode d'utilisation 1,FIG. 2 schematically describes the position of the different gas flow control valves of the energy recovery system, according to the mode of use 1,
- La figure 3 décrit de manière schématique la position des différentes vannes de contrôle du débit de gaz du système de récupération d'énergie, selon le mode d'utilisation 2,FIG. 3 schematically describes the position of the different gas flow control valves of the energy recovery system, according to the mode of use 2,
- La figure 4 décrit manière schématique la position des différentes vannes de contrôle du débit de gaz du système de récupération d'énergie, selon le mode d'utilisation 3,FIG. 4 schematically describes the position of the different gas flow control valves of the energy recovery system, according to the mode of use 3,
- La figure 5 décrit manière schématique la position des différentes vannes de contrôle du débit de gaz du système de récupération d'énergie, selon le mode d'utilisation 4,FIG. 5 schematically describes the position of the different valves for controlling the gas flow of the energy recovery system, according to the mode of use 4,
- La figure 6 décrit manière schématique la position des différentes vannes de contrôle du débit de gaz du système de récupération d'énergie, selon le mode d'utilisation 5.FIG. 6 schematically describes the position of the different valves for controlling the gas flow of the energy recovery system, according to the mode of use 5.
- La figure 7 est un schéma bloc illustrant les différentes étapes du procédé mis en œuvre par le dispositif des figures 1 à 6.FIG. 7 is a block diagram illustrating the different stages of the method implemented by the device of FIGS. 1 to 6.
On a représenté sur la figure 1 un moteur thermique 1 équipé d'un système de récupération d'énergie 30.FIG. 1 shows a heat engine 1 equipped with an energy recovery system 30.
Le fonctionnement du moteur thermique 1 est classique : le moteur 1 comprend un circuit d'admission 2 en gaz comburant, un circuit d'échappement 3 des gaz brûlés et un circuit de recirculation 4 des gaz d'échappement.The operation of the heat engine 1 is conventional: the engine 1 comprises an intake circuit 2 for oxidizing gas, an exhaust circuit 3 for the burnt gases and a recirculation circuit 4 for the exhaust gases.
L'air comburant alimentant le moteur 1 est admis par l'entrée 21 du circuit d'admission 2, puis est comprimé par un dispositif de suralimentation, comprenant un compresseur 22 entraîné par une turbine 23 solidaire du même axe que le compresseur 22. Le flux gazeux sortant du compresseur 22 est refroidi dans l'échangeur de suralimentation 25. Le débit de ce flux est ajusté par le boîtier papillon 24, et vient alimenter le moteur 1 en gaz comburant. Le répartiteur d'admission permet de répartir le flux traversant le boîtier papillon 24 entre les différents cylindres du moteur 1.The combustion air supplying the engine 1 is admitted by the inlet 21 of the intake circuit 2, then is compressed by a supercharging device, comprising a compressor 22 driven by a turbine 23 secured to the same axis as the compressor 22. The gas flow leaving the compressor 22 is cooled in the supercharging exchanger 25. The flow rate of this flow is adjusted by the throttle body 24, and supplies the engine 1 with oxidizing gas. The intake distributor distributes the flow through the throttle body 24 between the different cylinders of the engine 1.
Le carburant est injecté dans le moteur 1 par un système d'injection 26 et brûlé dans les chambres de combustion, permettant ainsi au moteur 1 de fournir de l'énergie mécanique.The fuel is injected into the engine 1 by an injection system 26 and burned in the combustion chambers, thus allowing the engine 1 to supply mechanical energy.
Le mélange gazeux résultant du processus de combustion est évacué du moteur 1 par le circuit d'échappement 3. Les gaz d'échappement traversent la turbine 23 et fournissent, en s'y détendant, l'énergie mécanique nécessaire à la compression du mélange traversant le compresseur 22.The gaseous mixture resulting from the combustion process is evacuated from the engine 1 by the exhaust circuit 3. The exhaust gases pass through the turbine 23 and supply, by relaxing there, the mechanical energy necessary for the compression of the mixture passing through. compressor 22.
Après détente dans la turbine 23, les gaz d'échappement traversent un dispositif de dépollution 20, comprenant un catalyseur, qui catalyse les réactions chimiques d'oxydation et de réduction des polluants se trouvant dans les gaz d'échappement. Le dispositif de post-traitement 20 comporte également un filtre à particules, retenant les particules contenues dans les gaz d'échappement.After expansion in the turbine 23, the exhaust gases pass through a pollution control device 20, comprising a catalyst, which catalyzes the chemical reactions of oxidation and reduction of the pollutants present in the exhaust gases. The post-treatment device 20 also includes a particle filter, retaining the particles contained in the exhaust gases.
Le système de récupération d'énergie 30 dans le circuit de gaz d'échappement 3 du moteur thermique 1, comprend :The energy recovery system 30 in the exhaust gas circuit 3 of the heat engine 1, comprises:
une ligne d'échappement 5, une vanne de contrôle du débit d'échappement 17 disposée dans la ligne d'échappement 5, une ligne de recirculation 6 agencée pour recevoir des gaz d'échappement du moteur thermique 1, la ligne de recirculation 6 comportant un échangeur thermique 7, un conduit auxiliaire 9 reliant la ligne d'échappement 5 et la ligne de recirculation 6, la jonction 15 entre le conduit auxiliaire 9 et la ligne d'échappement 5 étant située en aval de la vanne de contrôle du débit d'échappement 17, et la jonction 10 entre le conduit auxiliaire 9 et la ligne de recirculation 6 étant située en aval de l'échangeur thermique 7, une vanne trois voies 11 disposée à la jonction 10 entre le conduit auxiliaire 9 et la ligne de recirculation 6, la vanne trois voies 11 étant agencée pour contrôler le débit de gaz circulant dans le conduit auxiliaire 9 et le débit de gaz circulant dans la ligne de recirculation 6, l'échangeur thermique 7 étant en partie intégré à un dispositif de dépollution 20 des gaz d'échappement du moteur thermique 1.an exhaust line 5, an exhaust flow control valve 17 disposed in the exhaust line 5, a recirculation line 6 arranged to receive exhaust gases from the heat engine 1, the recirculation line 6 comprising a heat exchanger 7, an auxiliary duct 9 connecting the exhaust line 5 and the recirculation line 6, the junction 15 between the auxiliary duct 9 and the exhaust line 5 being located downstream of the flow control valve d exhaust 17, and the junction 10 between the auxiliary duct 9 and the recirculation line 6 being located downstream of the heat exchanger 7, a three-way valve 11 disposed at the junction 10 between the auxiliary duct 9 and the recirculation line 6, the three-way valve 11 being arranged to control the flow of gas flowing in the auxiliary duct 9 and the flow of gas flowing in the recirculation line 6, the heat exchanger 7 being partly integrated to a device 20 for cleaning the exhaust gases from the heat engine 1.
La vanne trois voies 11 comporte un volet 12 unique, mobile en rotation.The three-way valve 11 has a single flap 12, which can move in rotation.
Le volet 12 de la vanne trois voies 11 est mobile en rotation entre :The flap 12 of the three-way valve 11 is rotatable between:
Une première position angulaire dans laquelle la section de passage du conduit auxiliaire 9 est maximale et la section de passage de la ligne de recirculation 6 est minimale, et Une deuxième position angulaire dans laquelle la section de passage du conduit auxiliaire 9 est minimale et la section de passage de la ligne de recirculation 6 est maximale.A first angular position in which the passage section of the auxiliary duct 9 is maximum and the passage section of the recirculation line 6 is minimum, and A second angular position in which the passage section of the auxiliary duct 9 is minimum and the section passage of the recirculation line 6 is maximum.
L'ajustement de la position du volet de la vanne trois voies permet d'ajuster de manière continue la section de passage respective du conduit auxiliaire 9 et de la ligne de recirculation 6.The adjustment of the position of the flap of the three-way valve makes it possible to continuously adjust the respective passage section of the auxiliary duct 9 and of the recirculation line 6.
La section de passage minimale de la ligne de recirculation 6 correspond à une obturation totale de la ligne de recirculation 6. Par obturation totale, on entend un débit nul à travers la ligne de recirculation 6, aux fuites près. En effet, les inévitables imperfections géométriques des pièces laissent subsister un débit de fuite généralement négligeable.The minimum passage cross-section of the recirculation line 6 corresponds to a total closure of the recirculation line 6. By total closure, we mean a zero flow through the recirculation line 6, except for leaks. Indeed, the inevitable geometric imperfections of the parts allow a generally negligible leak rate to remain.
La section de passage minimale du conduit auxiliaire 9 correspond à une obturation à 90% du conduit auxiliaire 9. On entend par là que 90% de la surface de passage maximale de la ligne d'échappement est obturée. Autrement dit, la surface de passage est alors égale à 10% de la surface de passage maximale.The minimum passage section of the auxiliary conduit 9 corresponds to a 90% closure of the auxiliary conduit 9. By this is meant that 90% of the maximum passage area of the exhaust line is closed. In other words, the passage surface is then equal to 10% of the maximum passage surface.
En effet, le conduit auxiliaire doit permettre que même en cas de blocage de la vanne trois voies en position ouverte l'évacuation des gaz brûlés à travers le conduit auxiliaire soit suffisante pour assurer un fonctionnement correct du moteur.Indeed, the auxiliary duct must allow that even in the event of blockage of the three-way valve in the open position, the evacuation of the burnt gases through the auxiliary duct is sufficient to ensure correct operation of the engine.
La section de passage maximale du conduit auxiliaire 9 correspond à une ouverture totale du conduit auxiliaire 9.The maximum passage section of the auxiliary conduit 9 corresponds to a total opening of the auxiliary conduit 9.
La section de passage de la ligne de recirculation 6 est contrôlée par une première aile 13 du volet 12, et la section de passage du conduit auxiliaire 9 est contrôlée par une deuxième aile 14 du volet 12.The passage section of the recirculation line 6 is controlled by a first wing 13 of the shutter 12, and the passage section of the auxiliary duct 9 is controlled by a second wing 14 of the shutter 12.
Ainsi, l'augmentation de la section de passage de la ligne de recirculation 6 est concomitante avec la diminution de la section de passage du conduit auxiliaire 9.Thus, the increase in the cross section of the recirculation line 6 is concomitant with the decrease in the cross section of the auxiliary duct 9.
La jonction 10 entre la ligne de recirculation 6 et le conduit auxiliaire 9 est située en amont de la position occupée par la première aile 13 du volet 12 lorsque le volet 12 est en position assurant la section de passage minimale de la ligne de recirculation 6.The junction 10 between the recirculation line 6 and the auxiliary duct 9 is located upstream of the position occupied by the first wing 13 of the flap 12 when the flap 12 is in the position ensuring the minimum passage section of the recirculation line 6.
Le volet 12 de la vanne trois voies 11 est un assemblage de deux parties de volet. Les deux parties de volet peuvent être assemblées ensemble par vissage, brasage, ou soudage.The shutter 12 of the three-way valve 11 is an assembly of two shutter parts. The two flap parts can be assembled together by screwing, brazing, or welding.
La vanne trois voies 11 comporte un moteur électrique, non représenté, permettant de commander la rotation du volet 12 par l'intermédiaire d'un mécanisme de commande comportant plusieurs engrenages. Un capteur de position permet de connaître la position angulaire du volet 12 et d'en assurer un contrôle en boucle fermée. Ce contrôle peut être assuré par l'unité électronique pilotant le fonctionnement du moteur thermique 1, ou par une unité électronique dédiée. L'unité électronique de contrôle n'a pas été représentée.The three-way valve 11 comprises an electric motor, not shown, making it possible to control the rotation of the flap 12 by means of a control mechanism comprising several gears. A position sensor makes it possible to know the angular position of the flap 12 and to ensure a closed loop control thereof. This control can be ensured by the electronic unit controlling the operation of the heat engine 1, or by a dedicated electronic unit. The electronic control unit has not been shown.
La vanne de contrôle du débit d'échappement 17 est une vanne de type à volet rotatif. La vanne 17 peut être également contrôlée par l'unité électronique pilotant le fonctionnement du moteur thermique 1. La rotation du volet 19 peut être assurée par un moteur électrique, où par un actionneur pneumatique.The exhaust flow control valve 17 is a valve of the rotary shutter type. The valve 17 can also be controlled by the electronic unit controlling the operation of the heat engine 1. The rotation of the flap 19 can be ensured by an electric motor, or by a pneumatic actuator.
Dans l'exemple considéré, le volet rotatif 19 de la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 est inséré dans l'arbre de rotation du volet rotatif.In the example considered, the rotary flap 19 of the exhaust flow control valve 17 is inserted into the rotation shaft of the rotary flap.
La section de passage maximale de la ligne d'échappement 5 correspond à une ouverture totale de la ligne d'échappement 5. Cette ouverture totale est obtenue pour la position angulaire dans laquelle le volet 19 est aligné avec l'axe de la ligne d'échappement 5.The maximum passage section of the exhaust line 5 corresponds to a total opening of the exhaust line 5. This total opening is obtained for the angular position in which the flap 19 is aligned with the axis of the line of exhaust 5.
La jonction 15 entre le conduit auxiliaire 9 et la ligne d'échappement 5 est située en aval de la vanne de contrôle du débit d'échappement 17.The junction 15 between the auxiliary duct 9 and the exhaust line 5 is located downstream of the exhaust flow control valve 17.
La ligne d'échappement 5 est reliée au dispositif de dépollution 20 des gaz d'échappement du moteur thermique 1.The exhaust line 5 is connected to the device for cleaning up the exhaust gases from the heat engine 1.
Le dispositif de dépollution 20 comprend un filtre à particules. Le dispositif de dépollution 20 comprend également un catalyseur d'oxydation.The pollution control device 20 includes a particle filter. The depollution device 20 also comprises an oxidation catalyst.
L'échangeur thermique est soudé sur le dispositif de dépollution 20. Les gaz d'échappement sortant du dispositif de dépollution 20 peuvent ainsi entrer directement dans l'échangeur thermique 20. Les pertes thermiques jusqu'à l'entrée dans l'échangeur 7 sont ainsi minimisées.The heat exchanger is welded to the depollution device 20. The exhaust gases leaving the depollution device 20 can thus enter directly into the heat exchanger 20. The heat losses up to the entry into the exchanger 7 are thus minimized.
Certaines réactions chimiques assurées par le dispositif de dépollution 20 sont exothermiques, les gaz d'échappement entrent ainsi dans l'échangeur thermique avec une température élevée, ce qui permet d'augmenter le potentiel de récupération d'énergie du système.Certain chemical reactions ensured by the depollution device 20 are exothermic, the exhaust gases thus enter the heat exchanger with a high temperature, which makes it possible to increase the energy recovery potential of the system.
L'échangeur thermique 7 est de type air/eau.The heat exchanger 7 is of the air / water type.
Une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement est transférée au fluide caloporteur circulant dans l'échangeur thermique.Part of the thermal energy of the exhaust gases is transferred to the heat transfer fluid circulating in the heat exchanger.
Dans l'exemple décrit, l'échangeur thermique 7 est relié au circuit de refroidissement du moteur thermique 1, la chaleur des gaz d'échappement étant transférée au liquide de refroidissement.In the example described, the heat exchanger 7 is connected to the cooling circuit of the heat engine 1, the heat of the exhaust gases being transferred to the coolant.
L'énergie récupérée des gaz d'échappement permet ainsi d'accélérer la montée en température du liquide de refroidissement du moteur 1. La combustion est favorisée et les frottements du moteur sont minimisés, ce qui permet de réduire la consommation de carburant du moteur.The energy recovered from the exhaust gases thus makes it possible to accelerate the rise in temperature of the coolant of the engine 1. The combustion is favored and the friction of the engine is minimized, which makes it possible to reduce the fuel consumption of the engine.
L'invention concerne également un procédé de récupération d'énergie, mettant en œuvre le système de récupération d'énergie 30 tel que décrit précédemment, comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to an energy recovery method, implementing the energy recovery system 30 as described above, comprising the following steps:
Contrôler la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 disposée dans la ligne d'échappement 5, (étape 50)Check the exhaust flow control valve 17 located in the exhaust line 5, (step 50)
Contrôler la vanne trois voies 11 disposée à la jonction entre un conduit auxiliaire 9 et une ligne de recirculation 6. (étape 51)Check the three-way valve 11 located at the junction between an auxiliary pipe 9 and a recirculation line 6. (step 51)
Le contrôle de la position des deux vannes 11 et 17 permet d'assurer la recirculation des gaz d'échappement et la récupération d'énergie à l'échappement. Les flux de gaz entre les différentes lignes où s'écoulent les gaz d'échappement peuvent être optimisés en gérant la position des deux vannes de contrôle. Suivant les conditions d'utilisation du moteur et du véhicule, différents modes peuvent être obtenus, et seront décrits ci-dessous.The control of the position of the two valves 11 and 17 makes it possible to ensure the recirculation of the exhaust gases and the recovery of energy from the exhaust. The gas flows between the different lines where the exhaust gases flow can be optimized by managing the position of the two control valves. Depending on the conditions of use of the engine and the vehicle, different modes can be obtained, and will be described below.
Les différents modes de fonctionnement peuvent être utilisés tour à tour afin d'optimiser en temps réel le fonctionnement du système en fonction des conditions d'utilisation du moteur. Le critère d'optimisation utilisé est différent suivant les différents modes.The different operating modes can be used alternately in order to optimize the operation of the system in real time according to the conditions of use of the engine. The optimization criterion used is different according to the different modes.
Le procédé décrit est mis en œuvre par une unité électronique de contrôle, qui peut notamment être l'unité de pilotage du moteur thermique.The described method is implemented by an electronic control unit, which can in particular be the control unit of the heat engine.
Selon un mode de réalisation, le procédé de récupération d'énergie comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the energy recovery method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement 5 est minimale,Maintain the exhaust flow control valve 17 in a position where the passage section of the exhaust line 5 is minimum,
Maintenir la vanne trois voies 11 dans une position où la section de passage du conduit auxiliaire 9 est maximale et la section de passage de la ligne de recirculation 6 est minimale, pour maximiser la récupération d'énergie des gaz d'échappement sans assurer de recirculation de gaz d'échappement.Maintain the three-way valve 11 in a position where the passage section of the auxiliary duct 9 is maximum and the passage section of the recirculation line 6 is minimum, to maximize the recovery of energy from the exhaust gases without ensuring recirculation exhaust gas.
Dans ce mode d'utilisation, désigné par mode 1, et schématisé sur la figure 2, le volet 19 de la vanne 17 obture la voie d'échappement, dont la section de passage est alors minimale. Les gaz d'échappement passent donc par l'échangeur thermique 7 et rejoignent la ligne d'échappement 5 en aval de la vanne 17. L'aile 13 du volet 12 de la vanne trois voies 11 étant alors en position d'obturation de la voie de recirculation 6, il n'y a pas de recirculation de gaz d'échappement. Ce mode de fonctionnement correspond à une récupération d'énergie maximale, sans assurer de recirculation de gaz d'échappement.In this mode of use, designated by mode 1, and shown diagrammatically in FIG. 2, the flap 19 of the valve 17 closes the exhaust path, the cross section of which is then minimal. The exhaust gases therefore pass through the heat exchanger 7 and join the exhaust line 5 downstream of the valve 17. The wing 13 of the flap 12 of the three-way valve 11 is then in the closed position of the recirculation path 6, there is no exhaust gas recirculation. This operating mode corresponds to maximum energy recovery, without ensuring exhaust gas recirculation.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement 5 est maximale,Maintain the exhaust flow control valve 17 in a position where the passage section of the exhaust line 5 is maximum,
Contrôler la position de la vanne trois voies 11 autour d'une position d'ouverture partielle de la ligne de recirculation 6, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés.Check the position of the three-way valve 11 around a partially open position of the recirculation line 6, to regulate the flow of recirculated exhaust gases.
Dans ce mode d'utilisation, désigné par mode 2, et schématisé sur la figure 3, le volet 12 de la vanne trois voies 11 est disposé en position d'ouverture partielle de la voie de recirculation 6. Le volet 19 de la vanne 17 est lui en position d'ouverture maximale de la ligne d'échappement 5. L'ouverture contrôlée du volet 12 de la vanne trois voies 11 permet de réguler le débit de gaz d'échappement recirculés. La position du volet 12 est ajustée en continu afin que le débit de gaz d'échappement soit égal à sa valeur de consigne. Le taux de gaz d'échappement recirculés est défini comme le débit de gaz d'échappement recirculés divisé par le débit total de gaz comburant consommé par le moteur. Le taux de gaz d'échappement recirculés est exprimé en pourcentage. Dans ce mode, le taux de recirculation est ajusté à des valeurs faibles, comprises entre 0% et environ 15%. La récupération d'énergie est très limitée, puisque la section de passage de la ligne d'échappement 5 est maximale, les gaz d'échappement s'évacuent donc préférentiellement sans traverser l'échangeur thermique 7. Comme on le voit sur la figure 1, la recirculation des gaz d'échappement est assurée entre un point du circuit d'échappement situé en aval de la turbine de suralimentation 23 et un point du circuit d'admission situé en amont du compresseur de suralimentation 22, ce qui correspond à l'architecture appelée couramment « basse pression ».In this mode of use, designated by mode 2, and shown diagrammatically in FIG. 3, the flap 12 of the three-way valve 11 is disposed in the partially open position of the recirculation path 6. The flap 19 of the valve 17 is it in the position of maximum opening of the exhaust line 5. The controlled opening of the flap 12 of the three-way valve 11 makes it possible to regulate the flow of recirculated exhaust gases. The position of the flap 12 is continuously adjusted so that the exhaust gas flow rate is equal to its set value. The recirculated exhaust gas rate is defined as the recirculated exhaust gas flow divided by the total oxidizing gas flow consumed by the engine. The rate of recirculated exhaust gases is expressed as a percentage. In this mode, the recirculation rate is adjusted to low values, between 0% and around 15%. Energy recovery is very limited, since the passage section of the exhaust line 5 is maximum, the exhaust gases are therefore preferably removed without passing through the heat exchanger 7. As can be seen in FIG. 1 , the exhaust gas recirculation is ensured between a point in the exhaust circuit located downstream of the supercharging turbine 23 and a point in the intake circuit located upstream of the supercharging compressor 22, which corresponds to architecture commonly called "low pressure".
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne trois voies 11 dans une position où la section de passage du conduit auxiliaire 9 est minimale et la section de passage de la ligne de recirculation 6 est maximale, Contrôler la position de la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 autour d'une position d'ouverture partielle, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés.Maintain the three-way valve 11 in a position where the passage section of the auxiliary duct 9 is minimum and the passage section of the recirculation line 6 is maximum, Check the position of the exhaust flow control valve 17 around d 'a partially open position, to regulate the flow of recirculated exhaust gases.
Dans ce mode d'utilisation, désigné par mode 3, et schématisé sur la figure 4, le volet 12 de la vanne trois voies 11 est disposé en position d'ouverture minimale du conduit auxiliaire 9 et simultanément d'ouverture maximale de la ligne de recirculation 6. L'ouverture contrôlée de la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 permet de réguler le débit de gaz d'échappement recirculés. Le taux de recirculation peut atteindre des valeurs plus élevées que dans le mode 2, de l'ordre de 25%, et peut atteindre 70%. En effet, la fermeture partielle de la ligne d'échappement permet d'augmenter le débit de gaz à travers l'échangeur thermique 7 et dans la portion de circuit située en amont de la vanne trois voies 11. Le taux de gaz recirculés est contrôlé en temps réel en ajustant la position de l'obturateur 19 de la vanne de contrôle du débit d'échappement 17.In this mode of use, designated by mode 3, and shown diagrammatically in FIG. 4, the flap 12 of the three-way valve 11 is disposed in the position of minimum opening of the auxiliary conduit 9 and simultaneously of maximum opening of the line of recirculation 6. The controlled opening of the exhaust flow control valve 17 makes it possible to regulate the flow of recirculated exhaust gases. The recirculation rate can reach higher values than in mode 2, of the order of 25%, and can reach 70%. Indeed, the partial closure of the exhaust line makes it possible to increase the gas flow rate through the heat exchanger 7 and in the circuit portion located upstream of the three-way valve 11. The rate of recirculated gases is controlled in real time by adjusting the position of the shutter 19 of the exhaust flow control valve 17.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement 5 est minimale,Maintain the exhaust flow control valve 17 in a position where the passage section of the exhaust line 5 is minimum,
Contrôler la position de la vanne trois voies 11 autour d'une position d'ouverture partielle de la ligne de recirculation 6, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés et assurer une récupération d'énergie des gaz d'échappement.Check the position of the three-way valve 11 around a partially open position of the recirculation line 6, to regulate the flow of recirculated exhaust gases and ensure energy recovery from the exhaust gases.
Dans ce mode d'utilisation, désigné par mode 4, et schématisé sur la figure 5, le volet 12 de la vanne trois voies 11 est disposé en position d'ouverture partielle de la voie de recirculation 6. Le conduit auxiliaire 9 est partiellement fermé. Le volet 19 de la vanne 17 obture la ligne d'échappement 5, dont la section de passage est minimale. Les gaz d'échappement traversent préférentiellement l'échangeur thermique 7, et l'ouverture contrôlée de la vanne trois voies 11 permet de contrôler le taux de gaz d'échappement recirculés. Dans ce mode d'utilisation, le taux de gaz d'échappement recirculés peut être régulé selon un faible ou un fort taux, tout en assurant une récupération d'énergie à l'échappement.In this mode of use, designated by mode 4, and shown diagrammatically in FIG. 5, the flap 12 of the three-way valve 11 is disposed in the partially open position of the recirculation channel 6. The auxiliary duct 9 is partially closed . The flap 19 of the valve 17 closes the exhaust line 5, the passage section of which is minimal. The exhaust gases preferably pass through the heat exchanger 7, and the controlled opening of the three-way valve 11 makes it possible to control the rate of recirculated exhaust gases. In this mode of use, the rate of recirculated exhaust gases can be regulated according to a low or a high rate, while ensuring energy recovery from the exhaust.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :According to one embodiment, the method comprises the following steps:
Maintenir la vanne de contrôle du débit d'échappement 17 dans une position où la section de passage de la ligne d'échappement 5 est maximale,Maintain the exhaust flow control valve 17 in a position where the passage section of the exhaust line 5 is maximum,
Contrôler la position de la vanne trois voies 11 autour d'une position d'ouverture partielle du conduit de recirculation, pour assurer une régulation du débit de gaz d'échappement recirculés en maximisant la température des gaz d'échappement recirculés.Check the position of the three-way valve 11 around a partially open position of the recirculation duct, to regulate the flow of recirculated exhaust gases by maximizing the temperature of the recirculated exhaust gases.
Dans ce mode d'utilisation, désigné par mode 5, et schématisé sur la figure 6, la position du volet 19 de la vanne de contrôle du débit à l'échappement 17 assure l'ouverture maximale de la ligne d'échappement 5. Le volet 12 de la vanne trois voies 11 est en position d'ouverture partielle de la voie de recirculation 6, le conduit auxiliaire 9 étant également partiellement ouvert. Une partie des gaz d'échappement, n'ayant pas subi de refroidissement à travers l'échangeur thermique 7, emprunte le conduit auxiliaire 9 et participe au débit de gaz recirculés à l'admission du moteur 1. Ce mode permet de réaliser une recirculation de gaz d'échappement non refroidis, ce qui permet d'augmenter la température du mélange comburant admis par le moteur 1. Cela favorise la qualité de la combustion dans les premières secondes de fonctionnement du moteur, assurant une combustion plus stable et générant moins d'émissions polluantes.In this mode of use, designated by mode 5, and shown diagrammatically in FIG. 6, the position of the flap 19 of the exhaust flow control valve 17 ensures the maximum opening of the exhaust line 5. The flap 12 of the three-way valve 11 is in the partially open position of the recirculation path 6, the auxiliary duct 9 also being partially open. Part of the exhaust gases, not having undergone cooling through the heat exchanger 7, borrows the auxiliary duct 9 and participates in the flow of recirculated gases at the intake of the engine 1. This mode makes it possible to carry out a recirculation uncooled exhaust gas, which increases the temperature of the combustion mixture admitted by the engine 1. This promotes the quality of combustion in the first seconds of engine operation, ensuring more stable combustion and generating less 'polluting emissions.
Selon des modes de réalisation non représentés, le système de récupération d'énergie décrit peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :According to embodiments not shown, the energy recovery system described can also include one or more of the characteristics below, considered individually or combined:
Le volet 12 de la vanne trois voies 11 peut être monobloc. Le volet peut par exemple être obtenu par déformation d'une pièce préformée. Le nombre de constituants est ainsi minimisé.The flap 12 of the three-way valve 11 can be in one piece. The flap can for example be obtained by deformation of a preformed part. The number of constituents is thus minimized.
Les deux parties du volet 12 de la vanne trois voies 11 peuvent être soudées, ou brasées, ou serties l'une à l'autre.The two parts of the flap 12 of the three-way valve 11 can be welded, or brazed, or crimped to one another.
L'échangeur thermique 7 peut être relié à un circuit de liquide indépendant du circuit de refroidissement du moteur thermique 1. L'énergie récupérée des gaz d'échappement est alors transférée au fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement indépendant de celui du moteur. Ce fluide peut être utilisé pour un usage spécifique, par exemple la production d'énergie électrique par détente à travers une turbine entraînant un générateur.The heat exchanger 7 can be connected to a liquid circuit independent of the cooling circuit of the heat engine 1. The energy recovered from the exhaust gases is then transferred to the heat transfer fluid of a cooling circuit independent of that of the engine. This fluid can be used for a specific use, for example the production of electrical energy by expansion through a turbine driving a generator.
Le liquide de refroidissement peut être principalement constitué d'alcool.The coolant can mainly consist of alcohol.
L'ébullition du liquide de refroidissement est ainsi atteinte pour des températures peu élevées.The boiling of the coolant is thus reached for low temperatures.
L'échangeur thermique 7 peut être fixé au dispositif de dépollution 20 par vis et écrous.The heat exchanger 7 can be fixed to the pollution control device 20 by screws and nuts.
La recirculation de gaz d'échappement peut être réalisée entre un point du circuit d'échappement situé en amont de la turbine de suralimentation et un point du circuit d'admission situé en aval du compresseur de suralimentation, selon l'architecture dite « haute pression ».Exhaust gas recirculation can be carried out between a point in the exhaust circuit located upstream of the supercharging turbine and a point in the intake circuit located downstream of the supercharging compressor, according to the so-called "high pressure" architecture "
Le moteur 1 peut être un moteur à allumage par compression, aussi appelé moteur Diesel.The engine 1 can be a compression ignition engine, also called a diesel engine.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and illustrated, which have been given only by way of examples.
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