FR3122212A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE EQUIPPED WITH AN EXHAUST AIR INJECTION DEVICE - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble comprenant un moteur (1) thermique relié à une ligne (2) d’admission d’air et une ligne (3) d’échappement, une ligne de dérivation d’air s’étendant entre un piquage (2a) sur la ligne (2) d’admission et un piquage (3a) sur la ligne (3) d’échappement, cette ligne de dérivation d’air comprenant une pompe à air (4a) destinée à tirer l’air de la ligne (2) d’admission d’air et l’insuffler dans la ligne (3) d’échappement, caractérisé en ce que cet ensemble comprend encore -des moyens de contrôle du débit de gaz disposés sur la ligne (2) d’admission d’air ou la ligne (3) d’échappement entre les deux piquages de la ligne de dérivation d’air, un module de contrôle (5) configuré de sorte à activer la pompe à air (4a) et fermer les moyens de contrôle du débit de gaz pendant une période précédant un démarrage du moteur (1) thermique. Figure 1The invention relates to an assembly comprising a heat engine (1) connected to an air intake line (2) and an exhaust line (3), an air bypass line extending between a tapping ( 2a) on the intake line (2) and a tapping (3a) on the exhaust line (3), this air bypass line comprising an air pump (4a) intended to draw air from the air intake line (2) and blowing it into the exhaust line (3), characterized in that this assembly further comprises -means for controlling the gas flow arranged on the line (2) of air intake or the exhaust line (3) between the two tappings of the air bypass line, a control module (5) configured so as to activate the air pump (4a) and close the means of control of the gas flow during a period preceding a start of the thermal engine (1). Figure 1
Description
L’invention se rapporte au domaine des moteurs thermiques. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un moteur à combustion interne équipé d’un dispositif d’injection d’air à l’échappement.The invention relates to the field of heat engines. More particularly, the subject of the invention is an internal combustion engine equipped with a device for injecting air into the exhaust.
La production de véhicules automobiles à moteur thermique, nécessite aujourd’hui une limitation significative des gaz polluants émis par les moteurs.The production of combustion engine motor vehicles today requires a significant limitation of the polluting gases emitted by the engines.
Ainsi, il a été proposé d’équiper les circuits d’échappement des moteurs thermiques de circuit d’injection d’air à l’échappement pour favoriser certaines fonctions de dépollution, comme le réchauffage d’un catalyseur, à l’exemple du document FR2948970A1.Thus, it has been proposed to equip the exhaust circuits of internal combustion engines with an exhaust air injection circuit to promote certain depollution functions, such as the heating of a catalyst, following the example of the document FR2948970A1.
Malheureusement, à l'arrêt moteur, les stratégies de levée de soupapes mises en place peuvent conduire à créer un croisement des soupapes d'admission et d'échappement, créant ainsi un chemin de fuite vers l'admission au moment de l'injection d'air frais à l'échappement. Cette fuite d’air vers l’admission peut pénaliser le bon fonctionnement de la dépollution.Unfortunately, when the engine is stopped, the valve lift strategies put in place can lead to the intake and exhaust valves overlapping, thus creating a leak path towards the intake at the time of fuel injection. fresh air from the exhaust. This air leak towards the intake can penalize the correct operation of the pollution control.
L’invention vise à résoudre cette problématique. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble comprenant :
-un moteur thermique relié à une ligne d’admission d’air et une ligne d’échappement de gaz brûlés,
- une ligne de dérivation d’air s’étendant entre un piquage sur la ligne d’admission et un piquage sur la ligne d’échappement,
- cette ligne de dérivation d’air comprenant une pompe à air destinée à tirer l’air de la ligne d’admission d’air et l’insuffler dans la ligne d’échappement,
caractérisé en ce que cet ensemble comprend encore :
- des moyens de contrôle du débit de gaz disposés sur la ligne d’admission d’air ou la ligne d’échappement entre les deux piquages de la ligne de dérivation d’air,
- un module de contrôle configuré de sorte à activer la pompe à air et fermer les moyens de contrôle du débit de gaz pendant une période précédant un démarrage du moteur thermique.The invention aims to solve this problem. To achieve this objective, an assembly is provided according to the invention comprising:
-a heat engine connected to an air intake line and a burnt gas exhaust line,
- an air bypass line extending between a tapping on the intake line and a tapping on the exhaust line,
- this air bypass line comprising an air pump intended to draw air from the air intake line and blow it into the exhaust line,
characterized in that this set further comprises:
- gas flow control means arranged on the air intake line or the exhaust line between the two tappings of the air bypass line,
- A control module configured so as to activate the air pump and close the gas flow control means for a period preceding a start of the heat engine.
L’effet technique est de créer une perte de charge suffisamment importante pour éviter au débit d'air frais de se perdre à l'admission.The technical effect is to create a pressure drop large enough to prevent the flow of fresh air from being lost at the intake.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :Various additional features may be provided, alone or in combination:
Selon une réalisation, la ligne d’admission d’air comprend une vanne de dosage de l’air admis dans le moteur thermique, les moyens de contrôle du débit de gaz étant cette vanne.According to one embodiment, the air intake line comprises a valve for metering the air admitted into the heat engine, the gas flow control means being this valve.
Selon une autre réalisation, l’ensemble comprend un turbocompresseur à géométrie variable, avec une turbine comprenant des ailettes mobiles, les moyens de contrôle du débit de gaz étant ces ailettes mobiles.According to another embodiment, the assembly comprises a variable geometry turbocharger, with a turbine comprising movable fins, the gas flow control means being these movable fins.
Selon une autre réalisation, l’ensemble comprend un turbocompresseur à géométrie fixe, avec une turbine comprenant une vanne de décharge, les moyens de contrôle du débit de gaz étant cette vanne de décharge.According to another embodiment, the assembly comprises a turbocharger with fixed geometry, with a turbine comprising a wastegate, the gas flow control means being this wastegate.
Selon une réalisation, l’ensemble comprend un catalyseur disposé dans la ligne d’échappement en aval du piquage de la ligne de dérivation d’air sur la ligne d’échappement, un élément chauffant de ce catalyseur, le module de commande étant configuré de sorte à activer également l’élément chauffant pendant la période précédant le démarrage du moteur thermique.According to one embodiment, the assembly comprises a catalyst placed in the exhaust line downstream of the tapping of the air bypass line on the exhaust line, a heating element of this catalyst, the control module being configured so as to also activate the heating element during the period preceding the start of the heat engine.
Selon une réalisation, la ligne d’admission d’air comprend un filtre à air disposé en amont du piquage de la ligne de dérivation sur la ligne d’admission.According to one embodiment, the air intake line comprises an air filter arranged upstream of the tapping of the bypass line on the intake line.
Selon une réalisation, la ligne de dérivation d’air comprend une vanne disposée en aval de la pompe à air, le module de commande étant configuré de sorte à ouvrir cette vanne pendant la période précédant le démarrage du moteur thermique.According to one embodiment, the air bypass line comprises a valve disposed downstream of the air pump, the control module being configured so as to open this valve during the period preceding the start of the heat engine.
L’invention a aussi pour objet un procédé d’amorçage d’un catalyseur pendant une période précédent un démarrage d’un moteur thermique, ce moteur thermique étant relié à une ligne d’admission d’air et une ligne d’échappement de gaz brûlés, une ligne de dérivation d’air s’étendant entre un piquage sur la ligne d’admission et un piquage sur la ligne d’échappement, cette ligne de dérivation d’air comprenant une pompe à air, la ligne d’échappement comprenant un catalyseur disposé en aval du piquage de la ligne de dérivation d’air sur la ligne d’échappement et un élément chauffant de ce catalyseur, des moyens de contrôle du débit de gaz étant disposés sur la ligne d’admission d’air ou la ligne d’échappement entre les deux piquages de la ligne de dérivation d’air,The invention also relates to a method for priming a catalyst during a period preceding a start-up of a heat engine, this heat engine being connected to an air intake line and a gas exhaust line burned, an air bypass line extending between a tapping on the intake line and a tapping on the exhaust line, this air bypass line comprising an air pump, the exhaust line comprising a catalyst arranged downstream of the tapping of the air bypass line on the exhaust line and a heating element of this catalyst, means for controlling the flow of gas being arranged on the air intake line or the exhaust line between the two tappings of the air bypass line,
caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de :characterized in that the method comprises the steps of:
-activation de l’élément chauffant (7a),- activation of the heating element (7a),
-fermeture des moyens de contrôle du débit,- closing of the flow control means,
-activation de la pompe (4a) à air.-activation of the air pump (4a).
Selon une réalisation, les moyens de contrôle du débit sont des ailettes mobiles d’une turbine de turbocompresseur à géométrie variable disposée dans la ligne d’échappement.According to one embodiment, the flow control means are movable blades of a variable geometry turbocharger turbine arranged in the exhaust line.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble selon l’une des variantes précédemment décrites.The invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it comprises an assembly according to one of the previously described variants.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence à la figure unique dans laquelle :Other features and advantages will appear on reading the description below of a particular, non-limiting embodiment of the invention, made with reference to the single figure in which:
La
Le moteur 1 thermique est relié, via par exemple un collecteur d’admission, à une ligne 2 d’admission d’air destinée à diriger vers le moteur 1 thermique l’air nécessaire à son fonctionnement. Le moteur 1 thermique est encore relié, via par exemple un collecteur d’échappement, à une ligne 3 d’échappement pour l’évacuation des gaz de combustion produits dans les cylindres 1a pendant le fonctionnement du moteur.The thermal engine 1 is connected, via for example an intake manifold, to an air intake line 2 intended to direct the air necessary for its operation to the thermal engine 1. The thermal engine 1 is further connected, via for example an exhaust manifold, to an exhaust line 3 for the evacuation of the combustion gases produced in the cylinders 1a during the operation of the engine.
Afin de pouvoir injecter de l’air dans la ligne 3 d’échappement, il est prévu une ligne 4 de dérivation d’air s’étendant entre un piquage 2a sur la ligne 2 d’admission d’air et un piquage 3a sur la ligne 3 d’échappement.In order to be able to inject air into the exhaust line 3, an air bypass line 4 is provided extending between a tapping 2a on the air intake line 2 and a tapping 3a on the exhaust line 3.
Dans ce mode de réalisation, le moteur 1 thermique est équipé d’un turbocompresseur 6. Le turbocompresseur 6 comporte un compresseur 6a disposé dans la ligne 2 d’admission d’air et une turbine 6b disposée dans la ligne 3 d’échappement pour la détente des gaz d’échappement et l’entrainement du compresseur 6a. La turbine 6b et le compresseur 6a du turbocompresseur 6 sont reliés par un arbre d’entrainement. Le turbocompresseur 6 est dit à géométrie variable car la turbine 6b comprend des ailettes 6c mobiles, dont l'inclinaison canalisent l'introduction du gaz dans les aubes du rotor de la turbine 6. La position des ailettes 6c est gérée par un actionneur dédié, qui peut être un actionneur électrique.In this embodiment, the thermal engine 1 is equipped with a turbocharger 6. The turbocharger 6 comprises a compressor 6a arranged in the air intake line 2 and a turbine 6b arranged in the exhaust line 3 for the expansion of the exhaust gases and the drive of the compressor 6a. The turbine 6b and the compressor 6a of the turbocharger 6 are connected by a drive shaft. The turbocharger 6 is said to have variable geometry because the turbine 6b comprises movable fins 6c, the inclination of which channels the introduction of gas into the blades of the rotor of the turbine 6. The position of the fins 6c is managed by a dedicated actuator, which may be an electric actuator.
Dans ce mode de réalisation, le piquage 2a de la ligne 4 de dérivation d’air est situé en amont du compresseur 6a du turbocompresseur 6.In this embodiment, the tapping 2a of the air bypass line 4 is located upstream of the compressor 6a of the turbocharger 6.
La ligne 2 d’admission d’air comprend encore un filtre 2c pour la filtration de l’air admis dans le moteur 1 thermique. Dans ce mode de réalisation, le piquage 2a de la ligne 4 de dérivation d’air est situé, relativement au sens de circulation l’air dans la ligne 2 d’admission, en aval du filtre 2c à air, afin que la ligne 4 de dérivation d’air soit alimentée en air filtré.The air intake line 2 also includes a filter 2c for filtering the air admitted into the heat engine 1. In this embodiment, the tapping 2a of the air bypass line 4 is located, relative to the direction of air circulation in the intake line 2, downstream of the air filter 2c, so that the line 4 air bypass is supplied with filtered air.
La ligne 2 d’admission d’air comprend encore une vanne de dosage d’air 2b pour le contrôle du débit d’air admis dans le moteur 1 thermique, pouvant classiquement être par exemple un boitier papillon. La vanne 2b de dosage d’air est située sur la ligne 2 d’admission d’air en aval du compresseur 6a.The air intake line 2 also includes an air metering valve 2b for controlling the flow of air admitted into the heat engine 1, which can conventionally be, for example, a throttle body. The air metering valve 2b is located on the air intake line 2 downstream of the compressor 6a.
La ligne 4 de dérivation d’air comprend une pompe à air 4a destinée à tirer l’air de la ligne 2 d’admission d’air et l’insuffler dans la ligne 3 d’échappement. Pour un pilotage plus souple, cette pompe à air 4a peut être une pompe à air électrique.Air bypass line 4 includes an air pump 4a intended to draw air from air intake line 2 and blow it into exhaust line 3. For more flexible control, this air pump 4a can be an electric air pump.
La ligne 4 de dérivation d’air peut comprendre une vanne 4b d’air. Cette vanne 4b d’air est positionnée sur la ligne 4 de dérivation d’air en aval de la pompe à air 4a, ce qui permet d’isoler et de protéger la pompe 4 à air des gaz chauds d’échappement lorsque la pompe à air 4a est à l’arrêt et la vanne 4b fermée.The air bypass line 4 may include an air valve 4b. This air valve 4b is positioned on the air bypass line 4 downstream of the air pump 4a, which makes it possible to isolate and protect the air pump 4 from hot exhaust gases when the pump air 4a is stopped and valve 4b closed.
La ligne 3 d’échappement peut comprendre un organe de dépollution tel qu’un catalyseur 7. L’organe de de dépollution peut être lui-même être équipé d’un élément chauffant 7a. Le catalyseur 7 et l’élément chauffant 7a sont situés dans la ligne 3 d’échappement en aval du piquage 3a de la ligne 4 de dérivation d’air sur la ligne 3 d’échappement. L’élément chauffant 7a est disposé de préférence en amont du pain 7b de catalyse.The exhaust line 3 can include a depollution device such as a catalyst 7. The depollution device can itself be equipped with a heating element 7a. The catalyst 7 and the heating element 7a are located in the exhaust line 3 downstream of the tapping 3a of the air bypass line 4 on the exhaust line 3. The heating element 7a is preferably arranged upstream of the catalysis bread 7b.
Pour un meilleur pilotage de la puissance de chauffage, l’élément chauffant 7a peut être une grille de chauffage électrique. La grille chauffante 7a dans le catalyseur 7 nécessite d'avoir un maximum de débit au travers de cette grille.For better control of the heating power, the heating element 7a can be an electric heating grid. The heating grid 7a in the catalyst 7 requires a maximum flow through this grid.
Il est prévu également un module 5 de contrôle, par exemple un calculateur électronique. Le module 5 de contrôle est configuré pour piloter le fonctionnement de la pompe 4a à air, celui de la vanne 4b d’air, celui de l’actionneur des ailettes mobiles 6c de la turbine 6b, et celui de l’élément chauffant 7a. Ce module 5 de contrôle comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre du procédé détaillé ultérieurement.A control module 5 is also provided, for example an electronic computer. The control module 5 is configured to control the operation of the air pump 4a, that of the air valve 4b, that of the actuator of the mobile fins 6c of the turbine 6b, and that of the heating element 7a. This control module 5 comprising the means of acquisition, processing by software instructions stored in a memory as well as the control means required to implement the method detailed later.
A l'arrêt du moteur 1 thermique, les stratégies d'arrêt mises en place peuvent conduire à créer un croisement des soupapes d'admission et d'échappement, créant ainsi un chemin de fuite vers l'admission au moment de l'injection d'air frais à l'échappement nécessaire à la montée en température du catalyseur via le débit d'air passant à travers la grille chauffante.When the combustion engine 1 stops, the stopping strategies put in place can lead to the creation of overlapping of the intake and exhaust valves, thus creating a leak path towards the intake at the time of the injection of fresh air at the exhaust necessary for the temperature rise of the catalyst via the air flow passing through the heating grid.
Dans ce mode de réalisation, la position des ailettes mobiles 6c de la turbine 6b du turbocompresseur 6 est utilisée pour forcer le débit d’air insufflé par la pompe 4a à se diriger vers l’élément chauffant 7a et le catalyseur 7. En les plaçant dans une position dite fermée on limite au maximum le passage de gaz dans la turbine 6b en créant ainsi une perte de charge suffisamment importante pour éviter au débit d'air frais injecté par la pompe à air de se perdre à l'admission.In this embodiment, the position of the movable blades 6c of the turbine 6b of the turbocharger 6 is used to force the flow of air blown by the pump 4a to be directed towards the heating element 7a and the catalyst 7. By placing them in a so-called closed position, the passage of gas in the turbine 6b is limited as much as possible, thus creating a sufficiently high pressure drop to prevent the flow of fresh air injected by the air pump from being lost at the intake.
Afin de maximiser ce débit d’air à travers l’élément chauffant 7a aidant ainsi à la montée en température du catalyseur 7 pour l’amener à une température dite d’amorçage pour lequel ce catalyseur 7 est efficace, il est prévu que pendant une période précédant un démarrage du moteur 1 thermique, le module 5 effectue les tâches suivantes :In order to maximize this flow of air through the heating element 7a, thus helping to raise the temperature of the catalyst 7 to bring it to a so-called initiation temperature for which this catalyst 7 is effective, provision is made that for a period preceding a start of thermal engine 1, module 5 performs the following tasks:
-Le module 5 de contrôle active la pompe 4a à air et ouvre la vanne à air 4b,-Control module 5 activates air pump 4a and opens air valve 4b,
-Le module 5 de contrôle active l’élément chauffant 7a du catalyseur 7,-The control module 5 activates the heating element 7a of the catalyst 7,
-Le module 5 de contrôle ferme les ailettes mobiles 6c de la turbine via l'actionneur qui leur est lié. On limite ainsi la perte de débit qui peut avoir lieux vers l'admission en générant une contrepression au niveau de la turbine 6b et une perte de charge importante dans cette direction.-The control module 5 closes the mobile blades 6c of the turbine via the actuator which is linked to them. This limits the loss of flow which may take place towards the inlet by generating a counterpressure at the level of the turbine 6b and a significant pressure drop in this direction.
A titre indicatif, L’ordre de grandeur de la durée d’activation de la période d’injection d’air et du chauffage avant le démarrage du moteur thermique est de 30 secondes.As an indication, the order of magnitude of the duration of activation of the air injection period and the heating before starting the heat engine is 30 seconds.
Cette période d’activation s’achève avec le démarrage du moteur 1 thermique et cette température plus élevée sera utilisée pour permettre l'amorçage rapide du catalyseur. La dispersion du débit effectif passant à travers la grille est évitée ainsi que les potentielles défaillances des éléments de la grille chauffante.This activation period ends with the start of thermal engine 1 and this higher temperature will be used to allow rapid priming of the catalyst. The dispersion of the effective flow passing through the grate is avoided as well as the potential failure of the elements of the heating grate.
L’invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit.The invention is not limited to the embodiment described.
En variante, on peut prévoir des moyens de contrôle du débit disposés sur la ligne 2 d’admission d’air, en aval du piquage 2a de la ligne 4 de dérivation sur la ligne 2 d’admission d’air. Dans ce cas, les moyens de contrôle du débit peuvent avantageusement être la vanne 2b de dosage d’air.As a variant, it is possible to provide flow control means arranged on the air intake line 2, downstream of the tapping 2a of the bypass line 4 on the air intake line 2. In this case, the flow control means can advantageously be the air metering valve 2b.
En variante encore, le moteur 1 thermique peut ne pas être équipé d’un turbocompresseur à géométrie variable. Le turbocompresseur 6 peut aussi être un turbocompresseur à géométrie fixe, et la turbine 6b peut comprendre une vanne de décharge appelée en anglais "waste gate", pourvue d'une électrovanne pilotée par le module 5 de contrôle, qui permet de réguler le débit et donc la pression en entrée de turbine 11. Dans ce cas, les moyens de contrôle du débit peuvent avantageusement être la vanne de décharge.
As a further variant, the thermal engine 1 may not be equipped with a variable geometry turbocharger. The turbocharger 6 can also be a turbocharger with fixed geometry, and the turbine 6b can comprise a discharge valve called in English "waste gate", provided with a solenoid valve controlled by the control module 5, which makes it possible to regulate the flow and therefore the pressure at the inlet of turbine 11. In this case, the flow control means can advantageously be the discharge valve.
Claims (10)
-un moteur (1) thermique relié à une ligne (2) d’admission d’air et une ligne (3) d’échappement de gaz brûlés,
- une ligne (4) de dérivation d’air s’étendant entre un piquage (2a) sur la ligne (2) d’admission et un piquage (3a) sur la ligne (3) d’échappement,
- cette ligne (4) de dérivation d’air comprenant une pompe à air (4a) destinée à tirer l’air de la ligne (2) d’admission d’air et l’insuffler dans la ligne (3) d’échappement,
caractérisé en ce que cet ensemble comprend encore :
-des moyens de contrôle du débit de gaz disposés sur la ligne (2) d’admission d’air ou la ligne (3) d’échappement entre les deux piquages de la ligne (4) de dérivation d’air,
-un module de contrôle (5) configuré de sorte à activer la pompe à air (4a) et fermer les moyens de contrôle du débit de gaz pendant une période précédant un démarrage du moteur (1) thermique.Set including:
-a heat engine (1) connected to an air intake line (2) and a burnt gas exhaust line (3),
- an air bypass line (4) extending between a tapping (2a) on the intake line (2) and a tapping (3a) on the exhaust line (3),
- this air bypass line (4) comprising an air pump (4a) intended to draw air from the air intake line (2) and blow it into the exhaust line (3) ,
characterized in that this set further comprises:
- gas flow control means arranged on the air intake line (2) or the exhaust line (3) between the two tappings of the air bypass line (4),
-a control module (5) configured so as to activate the air pump (4a) and close the gas flow control means during a period preceding a start of the thermal engine (1).
caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de :
-activation de l’élément chauffant (7a),
-fermeture des moyens de contrôle du débit,
-activation de la pompe (4a) à air.Method for priming a catalyst during a period preceding a start-up of a heat engine (1), this heat engine (1) being connected to an air intake line (2) and a line (3) of burnt gas exhaust, an air bypass line (4) extending between a tapping (2a) on the intake line (2) and a tapping (3a) on the exhaust line (3), this air bypass line (4) comprising an air pump (4a), the exhaust line (3) comprising a catalyst (7) arranged downstream of the tapping (3a) of the bypass line (4) air on the exhaust line (3) and a heating element (7a) of this catalyst (7), gas flow control means being arranged on the air intake line (2) or the line (3) exhaust between the two tappings of the air bypass line (4),
characterized in that the method comprises the steps of:
-activation of the heating element (7a),
- closing of the flow control means,
-activation of the air pump (4a).
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