FR3067061B1 - Systeme d'alimentation d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Un système d'alimentation d'un moteur à combustion interne (1) comporte au moins une conduite d'admission (4) de gaz dans le moteur à combustion interne et un compresseur électrique de suralimentation (12) agencé sur cette conduite d'admission de gaz et configuré pour élever la pression des gaz d'admission. Le système comporte en outre un dispositif d'injection (14) d'un liquide de refroidissement des gaz d'admission associé audit compresseur électrique (12).
Description
SYSTEME D’ALIMENTATION D’UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
L’invention a trait au domaine des moteurs à combustion interne pour véhicule, et elle concerne plus particulièrement les moteurs dont le circuit d’admission des gaz est équipé d’un compresseur électrique de suralimentation.
est connu de disposer un compresseur électrique de suralimentation (en anglais « electric supercharger ») dans un circuit d’admission d'un moteur à combustion de véhicule automobile, le compresseur électrique étant configuré pour élever la pression des gaz d’admission.
Le compresseur électrique de suralimentation comporte de manière classique une roue destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur et une machine électrique associée qui est pilotée notamment pour entraîner la roue en rotation lorsque l’on souhaite élever la pression des gaz d’admission. À la différence des turbocompresseurs, entraînés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique de suralimentation présente un temps de réponse très court car il fonctionne avec une machine électrique. Ceci permet de renforcer le couple du moteur à combustion interne à bas régime, de compenser le temps de réponse du turbocompresseur et d'améliorer les accélérations du véhicule automobile sur lequel est monté le moteur à combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation.
La commande de la machine électrique est automatique, c’est-à-dire pilotée par l’intermédiaire du système de contrôle moteur du véhicule, et notamment par un module de commande configuré pour recevoir des informations relatives au fonctionnement du véhicule et pour déclencher des instructions de commande de la machine électrique du compresseur électrique de suralimentation dès qu’une action définie est réalisée. A titre d’exemple, l’actionnement d’une pédale d’accélérateur peut être défini comme une condition de déclenchement automatique par le module de commande de la machine électrique du compresseur électrique de suralimentation.
La mise en œuvre d’une surcompression des gaz d’admission, que ce soit par l’intermédiaire d’un compresseur électrique, d’un compresseur mécanique ou d’un turbocompresseur, implique une augmentation de la température des gaz à l’admission du moteur, ce qui génère une sensibilité toute particulière au phénomène de cliquetis pour les moteurs à allumage commandé, et ce qui peut générer, pour les moteur Diesel, une augmentation des émanations d’oxydes d’azote (NOx) lors des phases de suralimentation.
Dernièrement, les acteurs du marché automobile, confrontés à ces problèmes de température suite à une surcompression via un turbocompresseur, ont envisagé de réaliser une injection d’eau pour réaliser le refroidissement des gaz d’admission. Des injecteurs sont ainsi disposés dans le collecteur d’admission d’air du moteur, juste en amont des soupapes d'admission, à proximité immédiate des chambres de combustion.
L'eau injectée participe, par échange thermique, au refroidissement des gaz d’admission. De la sorte, on vise à diminuer les problèmes résultants d’une potentielle surchauffe des gaz, à savoir la sensibilité au cliquetis pour les moteurs essence et les émissions de NOx pour les moteurs Diesel.
L’invention s’inscrit dans ce double contexte de mise en œuvre d’un compresseur électrique de suralimentation et d’un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement des gaz, et elle vise à proposer une alternative aux systèmes existants pour l’alimentation des moteurs à combustion interne.
L’invention propose un système d’alimentation d’un moteur à combustion interne comprenant au moins une conduite d’admission de gaz dans le moteur à combustion interne et un compresseur électrique de suralimentation agencé sur cette conduite d’admission de gaz et configuré pour élever la pression des gaz d’admission, ledit système comportant en outre un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement des gaz d’admission associé audit compresseur électrique.
Ainsi, on combine selon l’invention une injection de liquide de refroidissement, et notamment d’eau, avec l’injection d’air comprimé via le compresseur électrique. Selon l’invention, il est possible, notamment lorsque le compresseur électrique est en fonctionnement, d’entraîner la pompe du dispositif d’injection de liquide de refroidissement et de réaliser une injection de liquide de refroidissement, afin de refroidir la température des gaz d’admission et d’augmenter la densité de ceux-ci.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif d’injection comporte au moins une pompe et le compresseur électrique de suralimentation comporte au moins une machine électrique configurée pour entraîner en rotation une roue de compresseur agencée dans la conduite d’admission, la pompe étant configurée pour être entraînée mécaniquement par la machine électrique.
De la sorte, on réalise une intégration de fonction, en utilisant la machine électrique du compresseur électrique de suralimentation pour entraîner la pompe du dispositif d’injection. La diminution du nombre de composants qui en résulte présente un intérêt en termes de coûts et d’encombrement. 11 convient de noter que l’intégration de fonction telle qu’elle vient d’être présentée peut être effective quelle que soit la forme prise par la machine électrique dès lors qu’elle est configurée pour piloter en rotation la roue du compresseur et que la pompe est raccordée à cette machine électrique, que la pompe du dispositif d’injection consiste en une pompe centrifuge ou en une pompe volumétrique, à cylindrée fixe ou variable.
L’objectif est d’accroître la puissance moteur lors de l’activation du compresseur électrique de suralimentation, d’améliorer son rendement et de diminuer la quantité d’émissions, avec une injection de liquide de refroidissement pendant une période donnée, et par exemple pendant des phases de fortes charges, ou de manière plus générale pendant chacune des phases d’activation du compresseur électrique,, cette injection de liquide de refroidissement permettant en outre de diminuer la sensibilité au cliquetis pour les moteurs essence et de diminuer les NOx dans le cas des moteurs Diesel.
est particulièrement avantageux de combiner le fonctionnement de ces deux systèmes, qui trouvent leur intérêt dans des zones de fonctionnement similaires, c’est-à-dire lors de fortes charges moteur. Le compresseur électrique de suralimentation permet d’accroître la pression d’admission des gaz et le dispositif d’injection permet d’abaisser les températures de ces gaz.
L’utilisation de ces deux systèmes est autorégulée. Le compresseur électrique induit une différence de pression entre l’admission et l’échappement limitant les gaz résiduels dans la chambre de combustion, ce qui tend à limiter le cliquetis, de sorte que les besoins en liquide de refroidissement sont diminués. De même, pour un couple donné, l’injection de liquide de refroidissement réduit le cliquetis et augmente la densité des gaz admis, ce qui contribue à abaisser la puissance que doit fournir le compresseur électrique.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- le dispositif d’injection comporte, outre la pompe, un réservoir de stockage de liquide de refroidissement, une buse d’injection débouchant sur la conduite d’admission pour former une zone d’injection du liquide de refroidissement, et un circuit d’injection susceptible de transporter le liquide de refroidissement depuis le réservoir de stockage jusqu’à la buse d’injection, via la pompe ;
- la pompe est une pompe volumétrique réversible ; une telle pompe permet de réaliser la vidange du liquide de refroidissement restant à l’intérieur du circuit d’injection vers le réservoir de stockage, notamment à l’arrêt du véhicule ;
- le dispositif d’injection comporte un circuit de retour au réservoir de stockage, le cas échéant associé à un régulateur de pression ;
- le dispositif comporte au moins une soupape de régulation de pression agencée sur le circuit d’injection ; la soupape de régulation de pression peut notamment être positionnée sur le circuit d’injection en aval de la pompe, ce qui permet un retour au réservoir de stockage du liquide de refroidissement qui n’est pas utilisé ;
- la zone d’injection du dispositif d’injection est déportée par rapport au compresseur électrique de suralimentation ;
- la zone d’injection est en aval du compresseur électrique de suralimentation ;
- la zone d’injection du dispositif d’injection peut être répartie en plusieurs régions distantes l’une de l’autre, le cas échéant en amont et en aval du compresseur électrique de suralimentation ;
- la zone d’injection est intégrée dans le compresseur électrique de suralimentation ; la zone d’injection peut notamment être réalisée dans la volute du compresseur électrique de suralimentation ;
Selon une série de caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on prévoit que les liaisons entre la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique sont des liaisons rigides, et que le cas échant :
- la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique sont disposées selon une configuration coaxiale ;
- la pompe est interposée entre la machine électrique et la roue du compresseur électrique ;
- la pompe est disposée à l’opposé de la roue du compresseur électrique par rapport à la machine électrique ;
- la pompe est disposée de sorte que la roue du compresseur électrique soit interposée entre la machine électrique et la pompe ;
- la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique sont disposées selon une configuration non coaxiale ; par configuration non coaxiale, on entend une configuration des composants les uns par rapport aux autres mettant en œuvre au moins une courroie, une chaîne ou un étage d’engrenages ; l’étage d’engrenages peut notamment être configuré pour former un moyen réducteur de vitesse agencé entre la machine électrique et la pompe.
Selon une autre série de caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, au moins une des liaisons entre la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique comporte un embrayage, et que le cas échéant :
- la machine électrique est liée rigidement à la pompe et la pompe est liée à la roue du compresseur par l’intermédiaire d’un embrayage ; un tel agencement offre la possibilité, en jouant sur l’état de l’embrayage notamment, d’injecter une quantité donnée de liquide de refroidissement sans pour autant utiliser le compresseur électrique de suralimentation ; ceci peut notamment être utile dans des cas où il est détecté une température des gaz d’admission allant au-delà d’une valeur seuil de température ;
- la machine électrique est liée rigidement à la roue du compresseur électrique et la pompe est liée à la machine électrique par l’intermédiaire d’un embrayage ; un tel agencement offre la possibilité, en jouant sur l’état de l’embrayage notamment, d’utiliser le compresseur électrique sans injecter de liquide de refroidissement, et donc de profiter de la pleine puissance délivrable par la machine électrique pour faire comprimer les gaz d’admission lorsque la température de ces gaz rend superflue l’injection de liquide de refroidissement, ou bien lorsqu’une défaillance du dispositif d’injection est détectée, cette défaillance pouvant consister en un défaut mécanique de la pompe par exemple ou bien en un manque de liquide de refroidissement dans le réservoir ;
- la machine électrique est liée à la pompe par un premier embrayage et à la roue du compresseur par un deuxième embrayage ; on comprend qu’un tel agencement, plus complexe à piloter, permet de piloter la compression des gaz d’admission et le refroidissement de ceux-ci en compilant les avantages précédemment décrits.
Le système d’alimentation peut comporter un turbocompresseur agencé entre une conduite d’échappement des gaz du moteur à combustion interne et la conduite d’admission des gaz de ce moteur. La buse d’injection peut être disposée en amont du compresseur électrique de suralimentation, entre le compresseur électrique et le turbocompresseur. Dans le cas d’un compresseur électrique de suralimentation agencé en aval d’un turbocompresseur, une injection de liquide de refroidissement en amont du compresseur électrique permet de refroidir l’air arrivant sur la roue du compresseur électrique et permet donc de protéger le compresseur électrique des fortes températures et d’abaisser légèrement la puissance nécessaire pour un taux de compression et un débit donnés, sans qu’il soit nécessaire d’ajouter un échangeur thermique, et donc avec un moindre encombrement. La durée de vie du compresseur électrique en est augmentée d’autant. On comprend que dans ce cas, on pourra prévoir une protection du compresseur électrique vis-à-vis des gouttelettes de liquide de refroidissement, et par exemple en prévoyant un revêtement particulier de la roue du compresseur.
L’invention concerne également un procédé de pilotage de l’alimentation d’un moteur à combustion interne d’un véhicule au cours duquel on génère une première instruction de commande d’un compresseur électrique de suralimentation et une deuxième instruction de commande d’un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement dans la conduite d’admission du moteur à combustion interne.
Dans le cas où la pompe du dispositif d’injection est monté rigidement sur l’arbre de sortie de la machine électrique faisant tourner la roue du compresseur électrique, la première instruction de commande peut consister en une commande d’activation de la machine électrique et la deuxième instruction de commande peut consister en une commande d’activation d’une soupape de régulation de pression pilotant la circulation du liquide de refroidissement entre la pompe et un réservoir de stockage ou une buse d’injection.
Dans le cas où un embrayage est prévu entre la machine électrique et la pompe ou la roue du compresseur électrique, chaque instruction de commande peut consister en une commande d’activation d’une même machine électrique et au moins une instruction de commande peut consister en outre en une commande d’activation d’un embrayage agencé entre ladite machine électrique et un composant spécifique du compresseur électrique de suralimentation, par exemple la roue, ou du dispositif d’injection de liquide de refroidissement, par exemple la pompe.
Selon une caractéristique d’un procédé selon un aspect de l’invention, on peut considérer une valeur de température des gaz d’admission par rapport à une valeur seuil, au-delà de laquelle on génère une instruction de commande consistant en une commande d’activation de la machine électrique, et une instruction de commande consistant en une commande de la soupape de régulation de pression pilotant la circulation du liquide de refroidissement ou d’un embrayage agencé entre la machine électrique et un composant spécifique du dispositif d’injection de liquide de refroidissement.
D’autres variables pourraient être envisagées pour l’activation de l’injection de liquide de refroidissement, comme par exemple la pression à l’admission, la consigne de charge du moteur ou le niveau de cliquetis mesuré.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 illustre un exemple de réalisation d’un moteur à combustion interne équipé sur son circuit d’admission d’un compresseur électrique de suralimentation, disposé en aval d’un turbocompresseur, et d’un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement ;
- la figure 2 est un détail du circuit d’admission de gaz d’un moteur à combustion interne, illustrant schématiquement le compresseur électrique et le dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement selon un premier agencement, dans lequel le liquide de refroidissement est injecté en aval du compresseur électrique ;
- la figure 3 est un détail du circuit d’admission de gaz d’un moteur à combustion interne, illustrant schématiquement le compresseur électrique et le dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement selon un deuxième agencement, dans lequel le liquide de refroidissement est injecté en amont du compresseur électrique ;
- la figure 4 est un détail du circuit d’admission de gaz d’un moteur à combustion interne, illustrant schématiquement le compresseur électrique et le dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement selon un troisième agencement, dans lequel le liquide de refroidissement est injecté dans le compresseur électrique ;
- les figures 5 à 7 illustrent différents agencements d’une pompe du dispositif d’injection, par rapport à la machine électrique et à la roue du compresseur électrique ; et
- la figure 8 est un organigramme illustrant un mode de réalisation d’un procédé de pilotage de l’alimentation du moteur thermique, dans le cas de l’agencement illustré sur la figure 7 dans lequel la pompe est liée à la machine électrique via un embrayage et dans lequel la roue du compresseur est liée à la machine électrique également par un embrayage.
Pour rappel, l’invention porte sur un système d’alimentation d’un moteur à combustion interne dans lequel un compresseur électrique de suralimentation et un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement des gaz d’admission de ce moteur sont associés.
A titre d’exemple, on a représenté sur la figure 1 un moteur à combustion interne 1 sur lequel est appliqué un système d’alimentation selon un mode de réalisation de l’invention. Le moteur à combustion interne 1 comprend un bloc-moteur 2 définissant des chambres de combustion pourvues de pistons qui entraînent en rotation un arbre de sortie. Les chambres de combustion du bloc-moteur 2 sont raccordées via un répartiteur d’admission 3 à une conduite d'admission 4 de gaz, et notamment d'air frais prélevé à l’extérieur du véhicule, et via un collecteur d’échappement 5 à une conduite d'échappement 6 des gaz brûlés lors de la combustion, ou gaz d’échappement.
Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le moteur à combustion interne 1 est un moteur turbocompressé dans lequel un turbocompresseur 7 est formé par la coopération d’un compresseur 8, disposé sur la conduite d'admission 4, et d’une turbine 10, placée sur la conduite d'échappement 6 de manière à récupérer une partie de l'énergie des gaz d'échappement et entraîner en rotation le compresseur 8. Notamment, le compresseur 8 et la turbine 10 peuvent être montés sur un arbre commun 810.
Des échangeurs thermiques, ici non représentés, peuvent être agencés sur la conduite d’admission et un système de post-traitement des gaz 9 peut être agencé sur la conduite d’échappement.
Selon l’invention, le système d’alimentation du moteur à combustion interne comporte un compresseur électrique de suralimentation 12 agencé sur la conduite d’admission 4 de gaz et configuré pour élever la pression des gaz d’admission, et ce compresseur électrique de suralimentation est associé à un dispositif d’injection 14 d’un liquide de refroidissement des gaz d’admission. Tel que cela va être détaillé ci-après, le dispositif d’injection est configuré pour permettre une injection de liquide de refroidissement combinée avec la production d’air comprimé via le compresseur électrique.
Le compresseur électrique 12 comporte au moins une machine électrique 16 configurée pour entraîner en rotation une roue de compresseur 18 agencée dans la conduite d’admission 4. On comprend que le pilotage de la machine électrique 16 permet la mise en rotation de la roue à l’intérieur de la conduite d’admission 4 et la compression en conséquence des gaz circulant dans la conduite d’admission 4.
La conduite d’admission 4 comporte un circuit de dérivation 20 sur lequel est disposée une vanne de pilotage 22, permettant de moduler la proportion de gaz admis amenés à être comprimés via le compresseur électrique de suralimentation.
Le dispositif d’injection 14 comporte une pompe 24, un réservoir de stockage 26 de liquide de refroidissement, une buse d’injection 28 débouchant sur la conduite d’admission 4 pour former une zone d’injection du liquide de refroidissement, et un circuit d’injection 30 susceptible de transporter le liquide de refroidissement depuis le réservoir de stockage 26 jusqu’à la buse d’injection 28, via la pompe 24.
On comprend que selon l’invention, le dispositif d’injection 14 de liquide de refroidissement est associé au fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation 12. Dans les exemples illustrés, une liaison mécanique est agencée entre la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique.
La pompe 24 du dispositif d’injection 14 est ainsi configurée pour être entraînée mécaniquement par la machine électrique 16 du compresseur électrique 12, par l’intermédiaire d’au moins un bras d’entraînement. On saura décrire ci-après différents agencements illustrant cette caractéristique d’association du dispositif d’injection et du compresseur électrique de suralimentation.
Le dispositif d’injection 14 est apte à injecter dans la conduite d’admission 4 un liquide de refroidissement, qui peut notamment consister en de l’eau, étant entendu que l’on pourrait injecter un mélange particulier en ce qu’il permet de réduire le cliquetis, et par exemple un mélange d’eau et de métbanol. Dans la suite, on utilisera le terme de liquide de refroidissement pour couvrir ces différentes possibilités et d’autres variantes ayant des effets équivalents.
ίο
La pompe 24 du dispositif d’injection 14 consiste en une pompe centrifuge ou en une pompe volumétrique, à cylindrée fixe ou variable. Notamment, on peut prévoir que le dispositif d’injection comporte une pompe volumétrique réversible.
Par ailleurs, le dispositif d’injection 14 comporte au moins une soupape de régulation de pression 32 agencée sur le circuit d’injection 30, ici en aval de la pompe sans que cela soit limitatif de cet aspect de l’invention, et qui permet de piloter l’alimentation en liquide de refroidissement, notamment en fonction de l’état de fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation.
Le dispositif d’injection 14 peut comporter en outre un circuit de retour au réservoir, ici non représenté, associé le cas échéant à la soupape de régulation de pression 32.
On a illustré sur les figures 2 à 4 plusieurs agencements différents qui se distinguent en la position de la buse d’injection 28 du dispositif d’injection sur la conduite d’admission 4 et donc en la position de la zone d’injection du liquide de refroidissement.
Sur les figures 2 et 3, la zone d’injection est déportée par rapport au compresseur électrique 12, et la buse d’injection 28 débouche sur la conduite d’admission 4 en aval (figure 2) ou en amont (figure 3) du compresseur électrique de suralimentation 12.
Dans le cas illustré sur la figure 1 où un turbocompresseur 7 est disposé sur la conduite d’admission 4 des gaz, la buse d’injection 28 de liquide de refroidissement peut notamment être disposée en amont du compresseur électrique 12, entre le compresseur électrique et le turbocompresseur 7. Cela permet de refroidir l’air arrivant sur la roue 18 du compresseur électrique sans qu’il soit nécessaire d’ajouter un échangeur thermique, et donc avec un moindre encombrement.
Le système peut comporter un dispositif de protection, non représenté sur les figures, du compresseur électrique vis-à-vis des gouttelettes de liquide de refroidissement, et par exemple en prévoyant un revêtement particulier de la roue du compresseur.
Sur la figure 4, la zone d’injection est intégrée dans le compresseur électrique, la buse d’injection 28 de liquide de refroidissement débouchant dans la volute 34 du compresseur électrique 12. Comme précédemment, on peut prévoir dans ce cas un revêtement particulier des composants du compresseur électrique pour éviter leur détérioration potentielle par la projection des gouttes de liquide de refroidissement.
En variante non représentée, on peut prévoir que la zone d’injection du dispositif d’injection peut être répartie en plusieurs régions distantes l’une de l’autre, le cas échéant en amont et en aval du compresseur électrique, avec une pluralité de buses d’injection alimentées par différents circuits d’injection reliés à la pompe.
Tel que cela a été précisé précédemment, le système d’alimentation selon l’invention comporte un dispositif d’injection 14 de liquide de refroidissement associé au fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation 12. Dans les exemples illustrés, une liaison mécanique est agencée entre la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique.
On peut notamment prévoir entre ces composants des liaisons rigides, c’est-à-dire comportant un ou plusieurs bras rendus solidaires à chacune de leurs extrémités d’un des composants, de sorte que l’activation de la machine électrique 16 génère l’entraînement simultané de la pompe 24 et de la roue 18 du compresseur électrique ou bien prévoir des liaisons débrayables, permettant l’entraînement par la machine électrique de l’un et/ou l’autre de la pompe et de la roue du compresseur électrique selon les situations de fonctionnement rencontrées.
On a illustré sur les figures 1 à 5 un premier agencement particulier en ce que la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique sont disposées selon une configuration coaxiale. Plus particulièrement, sur les figures 2 à 5, la pompe 24 du dispositif d’injection 14 est montée sur un bras d’entraînement 36 agencé entre la machine et la roue du compresseur électrique de sorte que la pompe 24 est interposée entre la machine électrique 16 et la roue 18 du compresseur électrique. On peut prévoir, tel que cela est représenté schématiquement sur la figure 1, une variante dans cette première configuration coaxiale selon laquelle la pompe 24 est disposée à l’opposé de la roue 18 du compresseur électrique par rapport à la machine électrique 16, de sorte que la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique sont disposées selon une configuration coaxiale, avec la machine électrique 16 interposée entre la pompe 24 et la roue 18 du compresseur électrique. Dans cette variante, on peut prévoir deux bras d’entraînement distincts entraînés simultanément par la machine électrique et portant respectivement la pompe du dispositif d’injection et la roue du compresseur électrique.
Tel qu’illustré sur la figure 5, le premier agencement selon lequel la machine électrique, la pompe et la roue du compresseur électrique sont disposées selon une configuration coaxiale peut être mis en œuvre avec au moins un embrayage 40 disposé entre deux de ces composants, pour permettre l’entraînement par la machine électrique de l’un des composants parmi la roue du compresseur électrique ou la pompe sans que l’autre composant soit entraîné. A titre d’exemple illustré sur la figure 5, on comprend que la mise en marche de la machine électrique entraîne systématiquement la pompe, et donc l’injection de liquide de refroidissement dans le circuit d’admission si dans le même temps la soupape de régulation de pression est pilotée en conséquence, tandis qu’elle peut être décorrélée de l’entraînement de la roue du compresseur électrique. Par contre, dans cet agencement particulier, l’entraînement de la roue du compresseur électrique génère systématiquement l’entraînement de la pompe du dispositif d’injection, et donc l’injection de liquide de refroidissement dans le circuit d’admission si dans le même temps la soupape de régulation de pression est pilotée en conséquence. Un tel agencement permet ainsi, en jouant sur l’état de l’embrayage notamment, d’injecter une quantité donnée de liquide de refroidissement sans pour autant utiliser le compresseur électrique de suralimentation, ce qui peut être utile dans des cas de refroidissement ponctuel à l’occasion de la détection d’une température des gaz d’admission dépassant une valeur seuil de température, étant entendu que l’évocation de ce critère n’est pas limitatif de l’invention et que tout autre valeur témoignant d’une condition nécessitant une injection d’eau pourrait être surveillée et mesurée.
Sur les figures 6 et 7, on a illustré d’autres agencements possibles de l’invention, dans lesquels il est notable que contrairement à ce qui a été décrit précédemment, les composants que sont la pompe, la machine électrique et la roue du compresseur électrique sont disposés dans une configuration non coaxiale, c’est-à-dire une configuration des composants les uns par rapport aux autres mettant en œuvre au moins une courroie, une chaîne ou un étage d’engrenages. Dans les exemples illustrés, un étage d’engrenages 42 est représenté, et il convient de noter que cette disposition peut notamment permettre la formation d’un moyen réducteur de vitesse agencé entre la machine électrique et la pompe.
Sur la figure 6, la machine électrique 16 est liée rigidement à la roue 18 du compresseur électrique par l’intermédiaire d’un premier bras d’entraînement 44 et la pompe 24 est liée à la machine électrique 16 d’une part par un étage d’engrenages 42 permettant une réduction de vitesse, et d’autre part par l’intermédiaire d’un embrayage 40. Un tel agencement offre la possibilité, en jouant sur l’état de l’embrayage notamment, d’utiliser le compresseur électrique sans injecter de liquide de refroidissement.
Sur la figure 7, la machine électrique 16 est liée à la pompe 24 d’une part par un étage d’engrenages 42 permettant une réduction de vitesse, et d’autre part par un premier embrayage 46, et cette machine électrique 16 est liée à la roue 18 du compresseur par un deuxième embrayage 48. On comprend qu’un tel agencement, plus complexe à piloter, permet de piloter la compression des gaz d’admission et le refroidissement de ceux-ci en compilant les avantages précédemment décrits.
On comprend de ce qui précède que d’autres agencements pourraient être envisagés, combinant des configurations axiales ou non coaxiales avec des liaisons rigides ou présentant des embrayages.
On va maintenant décrire un exemple de procédé de pilotage 100 de l’alimentation d’un moteur à combustion interne selon l’invention, en se référant à l’agencement particulier d’un système d’alimentation selon un aspect de l’invention illustré sur la figure 7. On comprendra que ce qui va être décrit par la suite pourra s’appliquer aux autres agencements de systèmes d’alimentation conformes à l’invention sans difficulté particulière.
Le procédé de pilotage de l’alimentation d’un moteur à combustion interne selon l’invention est réalisé lorsque l’on souhaite une injection de liquide de refroidissement dans une conduite d’admission de ce moteur, équipé par ailleurs d’un compresseur électrique de suralimentation, pendant une période définie, et par exemple pendant les phases d’activation du compresseur électrique.
Le procédé de pilotage 100 débute par une demande d’injection de liquide de refroidissement 101 et/ou par une demande d’activation du compresseur électrique de suralimentation 102. La demande peut notamment provenir d’une instruction de commande d’un module de commande du véhicule, en fonction du dépassement de valeurs seuils définies.
A titre d’exemple non limitatif, on peut par exemple considérer une valeur de température des gaz d’admission et la comparer par rapport à une valeur seuil, au-delà de laquelle on génère simultanément, ou au moins une, une instruction de commande consistant en une commande d’activation de la machine électrique et une instruction de commande consistant en une commande de la soupape de régulation de pression pilotant la circulation du liquide de refroidissement et/ou d’un embrayage agencé entre la machine électrique et un composant spécifique du dispositif d’injection de liquide de refroidissement.
Concernant la demande d’injection de liquide de refroidissement 101, il est dans un premier temps décidé, suite à une étape de vérification d’état 103 du dispositif d’injection de liquide de refroidissement 14, si une quantité définie de liquide de refroidissement peut être projetée dans la conduite d’admission.
En cas de réponse négative (« N »), une instruction de commande relative à une étape d’ouverture 104 du premier embrayage 46 agencé entre la pompe 24 et la machine électrique 16 est générée, de sorte que l’on découple la machine électrique et la pompe, et donc le dispositif d’injection de liquide de refroidissement 14 de la machine électrique du compresseur électrique de suralimentation 12. La machine électrique 16 peut être activée pour entraîner la roue 18 du compresseur électrique indépendamment du dispositif d’injection de liquide de refroidissement.
En cas de réponse positive (« O »), une instruction de commande relative à une étape de fermeture 105 de ce premier embrayage 46 agencé entre la pompe 24 et la machine électrique 16 est générée, de sorte que l’on accouple la machine électrique et la pompe, et donc le dispositif d’injection de liquide de refroidissement 14 avec la machine électrique du compresseur électrique de suralimentation 12. La projection de liquide de refroidissement est dès lors possible dès lors que l’on procède à l’activation de la machine électrique 16.
En sortie de cette étape de fermeture 105 du premier embrayage 46, une étape de contrôle de demande d’activation 106 du compresseur électrique de suralimentation 12 est réalisée, au cours de laquelle on vérifie si les conditions d’activation du compresseur sont remplies.
Si c’est le cas (« O »), on se retrouve dans le cas d’une instruction de commande d’un module de commande du véhicule pour une demande d’activation du compresseur électrique de suralimentation 102 telle qu’elle a été évoquée ci-dessus et on reviendra plus en détails ci-après sur cette partie du procédé.
Si ce n’est pas le cas (« N »), c’est-à-dire si les conditions d’activation du compresseur ne sont pas remplies, le module de commande génère une instruction de commande relative à une étape de pilotage 107 de la machine électrique 16 au régime requis par l’injection de liquide refroidissement. Puisque le compresseur électrique de suralimentation n’a pas vocation dans le cas présent à être activé, la machine électrique est alimentée à un niveau juste suffisant pour faire tourner la pompe 24.
Cette étape de pilotage prend fin dès lors qu’une demande d’arrêt de l’injection de liquide de refroidissement est générée par le module de commande ou bien est réalisée par l’utilisateur du véhicule par exemple. Une étape de test 108 est ainsi réalisée en temps réel ou à intervalle régulier dès lors que l’étape de pilotage 107 de la machine électrique est mise en œuvre, afin de s’assurer de l’existence (« O ») ou non (« N ») d’une demande d’arrêt de l’injection de liquide de refroidissement. Si une telle demande n’existe pas, l’étape de pilotage continue en boucle, tandis que si une telle demande existe, une instruction de commande relative à une étape d’ouverture 104 du premier embrayage 46 agencé entre la pompe 24 et la machine électrique 16 est générée, de sorte que, tel que cela a pu être décrit auparavant dans le cas où l’injection de liquide de refroidissement n’est pas opérationnelle, l’on découple la machine électrique et la pompe, et donc le dispositif d’injection de liquide de refroidissement 14 de la machine électrique du compresseur électrique de suralimentation 12.
Par ailleurs, lorsqu’une demande d’activation du compresseur électrique de suralimentation 102 est identifiée, ou bien lorsque les conditions de cette activation sont considérées remplies suite à l’étape de contrôle de demande d’activation 106 du compresseur électrique de suralimentation 12, une instruction de commande relative à une étape de fermeture 109 du deuxième embrayage 48 agencé entre la roue 18 du compresseur et la machine électrique 16 est générée, de sorte que l’on accouple la machine électrique et la roue du compresseur électrique.
Dans ce cas, le module de commande génère une instruction de commande relative à une étape de pilotage 110 de la machine électrique 16 au régime requis par le fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation. Afin d’assurer la compression des gaz circulant dans la conduite d’admission, la machine électrique peut être activée à pleine charge pour faire tourner la roue du compresseur. Dans cet état, la charge de la machine électrique est suffisante pour faire tourner simultanément la pompe 24 si le premier embrayage 46 est fermé simultanément au deuxième embrayage 48.
Cette étape de pilotage 110 prend fin dès lors qu’une demande d’arrêt de fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation est générée par le module de commande ou bien est réalisée par l’utilisateur du véhicule par exemple. Une étape de test 111 est ainsi réalisée en temps réel ou à intervalle régulier dès lors que l’étape de pilotage 110 de la machine électrique est mise en œuvre, afin de s’assurer de l’existence (« O ») ou non (« N ») d’une demande d’arrêt de fonctionnement du compresseur électrique de suralimentation. Si une telle demande n’existe pas, l’étape de pilotage 110 continue en boucle, tandis que si une telle demande existe, une instruction de commande relative à une étape d’ouverture 112 du deuxième embrayage 48 agencé entre la roue 18 et la machine électrique 16 est générée, de sorte que l’on découple la machine électrique et la roue du compresseur électrique. Seule la pompe 24 est alors activée par la rotation de la machine électrique, dès lors que le premier embrayage 46 est toujours fermé.
résulte de ce qui précède qu’un procédé de pilotage de l’alimentation d’un moteur à combustion interne d’un véhicule selon l’invention comporte une étape au cours de laquelle on génère une première instruction de commande ICi d’un compresseur électrique de suralimentation et une deuxième instruction de commande IC2 d’un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement dans la conduite d’admission du moteur à combustion interne.
Dans le cas pratique qui vient d’être décrit, où un embrayage est prévu entre la machine électrique et la pompe ou la roue du compresseur électrique, on comprend que chaque instruction de commande ICi, IC2 comporte une commande d’activation de la machine électrique à un régime spécifique au fonctionnement de la pompe ou de la roue du compresseur et au moins une instruction de commande peut consister en outre en une commande d’activation d’un embrayage agencé entre ladite machine électrique et un composant spécifique du compresseur électrique de suralimentation, par exemple la roue, ou du dispositif d’injection de liquide de refroidissement, par exemple la pompe.
On comprend que dans des agencements dans lesquels la roue du compresseur et/ou la pompe du dispositif d’injection est monté rigidement sur l’arbre de sortie de la machine électrique, sans embrayage intermédiaire, la première instruction de commande ICi et/ou la deuxième instruction de commande IC2 peut consister en une commande d’activation identique à ce qui a été décrit précédemment avec les phases d’ouverture et fermeture des embrayages qui sont supprimées.
Par ailleurs, dans chacun des cas où la pompe tourne, la deuxième instruction de commande IC2 peut être associée à une commande d’activation de la soupape de régulation de pression pilotant la circulation du liquide de refroidissement entre la pompe et le réservoir de stockage ou entre la pompe et la buse d’injection, dès lors que la soupape est pilotable et non purement massive.
On aura compris à la lecture de ce qui précède que le système d’alimentation selon l’invention est avantageux en ce qu’il comporte un dispositif d’injection de liquide de refroidissement associé à un compresseur électrique de suralimentation, afin de combiner la projection de liquide pour le refroidissement des gaz dans la conduite d’admission et la compression de ces gaz avant leur admission dans le bloc-moteur.
Selon l’invention, il est possible, notamment lorsque le compresseur électrique est en fonctionnement, d’entraîner la pompe du dispositif d’injection de liquide de refroidissement et de réaliser une injection de liquide de refroidissement, afin de refroidir la température des gaz d’admission et d’augmenter la densité de ceux-ci.
Cet avantage est d’autant plus intéressant dans les agencements dans lesquels des composants du dispositif d’injection de liquide de refroidissement et du compresseur électrique 5 de suralimentation sont entraînés par un actionneur commun. Toutefois, comme cela a pu être précédemment décrit, il convient de noter que la présente invention couvre également des agencements sans connexion mécanique entre la machine électrique du compresseur de suralimentation et la pompe, qui est alors entraînée par un actionneur distinct, dès lors que le dispositif d’injection de liquide de refroidissement est piloté en fonction du pilotage du 10 compresseur électrique.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier au système d’alimentation sans sortir du contexte de l’invention, étant entendu que l’invention ne saurait se limiter au mode de réalisation spécifiquement décrit dans ce document, et qu’elle s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante 15 de ces moyens, dès lors qu’un système d’alimentation d’un moteur à combustion interne comporte un compresseur électrique de suralimentation agencé sur une conduite d’admission de gaz et un dispositif d’injection d’un liquide de refroidissement des gaz d’admission associé à ce compresseur électrique.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Système d’alimentation d’un moteur à combustion interne (1) comprenant au moins une conduite d’admission (4) de gaz dans le moteur à combustion interne et un compresseur électrique de suralimentation (12) agencé sur cette conduite d’admission de gaz et configuré pour élever la pression des gaz d’admission, ledit système comportant en outre un dispositif d’injection (14) d’un liquide de refroidissement des gaz d’admission associé audit compresseur électrique (12).
- 2. Système d’alimentation selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d’injection (14) comporte au moins une pompe (24) et dans lequel le compresseur électrique de suralimentation (12) comporte au moins une machine électrique (16) configurée pour entraîner en rotation une roue (18) de compresseur agencée dans la conduite d’admission (4), la pompe étant configurée pour être entraînée mécaniquement par la machine électrique.
- 3. Système d’alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pompe (24) est une pompe volumétrique réversible.
- 4. Système d’alimentation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif d’injection (14) comporte, outre la pompe (24), un réservoir de stockage (26) de liquide de refroidissement, une buse d’injection (28) débouchant sur la conduite d’admission (4) pour former une zone d’injection du liquide de refroidissement, et un circuit d’injection (30) susceptible de transporter le liquide de refroidissement depuis le réservoir de stockage jusqu’à la buse d’injection, via la pompe.
- 5. Système d’alimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d’injection (14) comporte au moins une soupape de régulation de pression (32) agencée sur le circuit d’injection (30).
- 6. Système d’alimentation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la zone d’injection du dispositif d’injection (14) est déportée par rapport au compresseur électrique de suralimentation (12).
- 7. Système d’alimentation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la zone d’injection est intégrée dans le compresseur électrique de suralimentation (12).
- 8. Système d’alimentation selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les liaisons entre la machine électrique (16), la pompe (24) et la roue (18) du compresseur électrique sont des liaisons rigides.
- 9. Système d’alimentation selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu’au moins une des liaisons entre la machine électrique (16), la pompe (24) et la roue (18) du compresseur électrique comporte un embrayage (40, 46, 48).
- 10. Système d’alimentation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la machine électrique (16) est liée à la pompe (24) par un premier embrayage (46) et à la roue (18) du compresseur par un deuxième embrayage (48).
- 11. Système d’alimentation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un turbocompresseur (7) agencé entre une conduite d’échappement (6) des gaz du moteur à combustion interne (1) et la conduite d’admission (4) des gaz de ce moteur.
- 12. Système d’alimentation selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que la buse d’injection (28) est disposée en amont du compresseur électrique de suralimentation (12), entre le compresseur électrique de suralimentation et le turbocompresseur (7).
- 13. Procédé de pilotage de l’alimentation d’un moteur à combustion interne d’un véhicule au cours duquel on génère une première instruction de commande (ICi) d’un compresseur électrique de suralimentation (12) et une deuxième instruction de commande (IC2) d’un dispositif d’injection (14) d’un liquide de refroidissement dans la conduite d’admission (4) du moteur à combustion interne (1), une pompe (24) du dispositif d’injection étant montée rigidement sur un arbre d’entraînement de la machine électrique (16) faisant tourner par ailleurs la roue (18) du compresseur électrique, la première instruction de commande (ICi) consistant en une commande d’activation de la machine électrique (16) et la deuxième instruction de commande (IC2) consistant en une commande d’activation d’une soupape de régulation de pression (32) pilotant la circulation du liquide de refroidissement entre la pompe et un réservoir de stockage (26) ou entre la pompe et une buse d’injection (28).
- 14. Procédé de pilotage de l’alimentation d’un moteur à combustion interne d’un véhicule au cours duquel on génère une première instruction de commande (ICi) d’un compresseur électrique de suralimentation (12) et une deuxième instruction de commande (IC2) d’un dispositif d’injection (14) d’un liquide de refroidissement dans la conduite d’admission (4) du moteur à combustion interne, chaque instruction de commande (ICi, IC2) consistant en une commande d’activation d’une même machine 5 électrique (16) et au moins une instruction de commande consistant en outre en une commande d’activation d’un embrayage (40, 46, 48) agencé entre ladite machine électrique et un composant spécifique du compresseur électrique de suralimentation ou du dispositif d’injection de liquide de refroidissement.
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