WO2011121244A1 - Procédé d'alimentation d'un moteur à essence en régime de suralimentation et dispositif associé - Google Patents

Procédé d'alimentation d'un moteur à essence en régime de suralimentation et dispositif associé Download PDF

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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates primarily to a method of supplying a gasoline-type internal combustion engine that may require operation in supercharging mode.
  • the invention also relates to a device for implementing such a method.
  • This supercharging regime is ensured by its presence of a turbocharger which is subject to thermal constraints limiting the operation of the engine in this regime.
  • the actual dosage D of an air-fuel mixture is the ratio between the mass of gasoline and the mass of air introduced into the combustion chamber.
  • the stoichiometric dosage D (I) is the ratio between the mass of gasoline and the mass of air for which the complete combustion of the gasoline is assured without lack or excess of air.
  • This theoretical dosage D 0 may vary within a range from 14.2 to 14.8, especially 14.5, however, depending on the gasoline formulation, slightly higher values may be observed in some cases, so approximately 14.5 kg of air complete combustion of 1 kg of gasoline.
  • the richness R of an air-gas mixture is defined by the ratio between the actual dosage D and the stoichiometric dosage D 0 .
  • the present invention is directed to a method of supplying a gasoline-type internal combustion engine for which operation of the engine in supercharging mode is made possible for a limited amount of fuel used.
  • the method of the invention is a method for supplying a gasoline-type internal combustion engine that may require supercharging operation involving the admission of an air-fuel mixture of higher richness. at 1 according to a necessary rate of increase required as previously set, in which method, the engine is energized, when it is in supercharging mode;
  • T B T A - T C
  • T A is the rate of increase necessary to ensure the supercharging of the engine
  • T is the reduced rate of surressness and has a value between 0 and T A.
  • the surplus gasoline used in the context of the surrichesse could be at least partially replaced by the admission into the engine of an inert gas or a mixture of gases.
  • the process of the invention may also include the following optional characteristics considered singly or in any possible technical combination; the rate of admission of inert gas or of the mixture of inert gases into the engine is equal to the rate of increase required to ensure the supercharging of the engine, which results in the supercharging being ensured integrally by the admission into the engine of the engine; inert gas or inert gas mixture,
  • the mixture of inert gases consists of the exhaust gases circulating in an exhaust gas recirculation circuit deriving at least a portion of the exhaust gas leaving the engine towards the combustion chamber of said engine.
  • the invention also relates to a device for implementing the method previously defined and which comprises at least one control unit simultaneously providing control of a device for regulating the quantities of air and fuel admitted to the engine and controlling a device for regulating the amount of gas or inert gas mixture admitted into the engine.
  • control unit simultaneously provides control of a device for regulating the quantities of air and gas allowed in the engine and a device for regulating the exhaust gas admitted into the engine.
  • the present invention is based on the discovery that admission to the combustion chamber, in addition to the air-gas mixture, an inert gas or a mixture of inert gases could compensate for a decrease in the surplus gasoline used. in the context of the surrichesse and this, without the engine performance being reduced.
  • the engine when the engine is in supercharging mode, it is also fed with an inert gas or a mixture of inert gases at a feed rate T D which corresponds to the value of the reduced rate of surressness
  • the optimized rate of surrichesse may be 10% with an inert gas feed rate which will then be 20% .
  • the inert gas or the mixture of inert gas is constituted by the burned exhaust gases recovered at the outlet of the combustion chamber which are reintroduced into the intake duct. then in the combustion chamber of the engine.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • EGR circuits are mainly used in diesel engines to reduce the amount of polluting species in the exhaust of the motor vehicle.
  • the device of the invention comprises a device for regulating the quantities of air and gasoline admitted into the engine 1, for example a carburetor, which prepares the air-fuel mixture in the right proportions.
  • the air-fuel mixture then circulates in an intake duct 2 to the intake manifold of the engine 3.
  • the exhaust gases from its combustion chamber of the engine 3 then circulate in a pipe 4 to a treatment device 5, for example a catalytic exhaust pipe, and are then discharged into the atmosphere via an exhaust duct 6.
  • a treatment device for example a catalytic exhaust pipe
  • An exhaust gas recirculation circuit 7 derives at least a portion of the exhaust gas flowing in the pipe 4 at the outlet of the engine 5 3 to the intake duct 2 in which they join the air-fuel mixture before to be admitted into the combustion chamber of the engine 3, for this purpose a butterfly valve 8 is located on this recirculation circuit 7.
  • This recircuiation circuit 7 is generally provided with a not shown EGR exchanger which makes it possible to lower the temperature of the exhaust gases before H) their reintroduction into the engine 3.
  • a control unit for simultaneously steering the valve 1 and the valve 8 for applying respective optimized rate surrichesse T H and admission of gas.
  • Exhaust T D in accordance with the previously described method.
  • control unit when the engine is operating in supercharging mode, depending on the point of operation of the vehicle, the control unit applies a certain optimized rate of return T 8 through the carburettor and the corresponding rate of exhaust gas through the engine. through the valve 8.
  • the required rate of return T A only through the exhaust gas from the recirculation circuit 7.
  • the optimized rate of recess T B is zero, which corresponds to a stoechloméiquette air-essence 13
  • ie Exhaust gas intake rate T D corresponds to the required rate of increase required T A to ensure the operation of the engine under normal conditions.
  • surrichesse rate T A required by both the application of an optimized surrichesse rate r s of the air-fuel mixture and by the application of an intake rate in exhaust gas T 0 , the sum of the exhaust gas admission rate 7 ⁇ , and

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Abstract

L'invention concerne principalement un procédé d'alimentation d'un moteur à essence (3) susceptible de nécessiter un fonctionnement en régime de suralimentation impliquant l'admission d'un mélange air-essence de richesse supérieure à 1 selon un taux de surrichesse nécessaire (TA ). Le procédé de l'invention est essentiellement caractérisé en ce que, lorsque le moteur (3) nécessite un fonctionnement en suralimentation, le dit moteur (3) est alimenté d'une part par un mélange air-essence selon le taux de surrichesse optimisé (TB) suivant exprimé en pourcentage : TB = TA - TC où Tc est un taux réduit de surrichesse et présente une valeur comprise entre 0 et TA, et d'autre part par un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes admis dans le moteur (3) selon un taux d'admission (TD ) qui est égal au taux réduit de surrichesse ( TC). L'invention porte également sur le dispositif de mise en œuvre de ce procédé.

Description

Procédé d'alimentation d'un moteur à essence en régime de suralimentation et dispositif associé.
L'invention concerne principalement un procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type à essence susceptible de nécessiter un fonctionnement en régime de suralimentation.
L'invention porte également sur un dispositif pour mettre en œuvre un tel procédé.
Certaines phases de fonctionnement d'un moteur â combustion interne de type moteur à essence nécessitent d'augmenter la puissance du moteur qui fonctionne alors en suralimentation.
Ce régime de suralimentation est assuré par Sa présence d'un turbocompresseur qui est sujet à des contraintes thermiques limitant îe fonctionnement du moteur dans ce régime.
il est connu d'augmenter la quantité d'essence contenue dans le mélange air-essence admis dans le moteur pour abaisser la température de la chambre de combustion et du turbocompresseur.
Le dosage réel D d'un mélange air-essence est le rapport entre la masse d'essence et la masse d'air introduite dans la chambre de combustion,
Le dosage stœchiométrique D(I est le rapport entre la masse d'essence et la masse d'air pour lequel la combustion complète de l'essence est assurée sans manque ni excès d'air. Ce dosage théorique D0 peut évoluer dans une fourchette comprise entre 14,2 et 14,8, notamment 14,5. Cependant, selon la formulation de l'essence, on peut observer dans certains cas des valeurs légèrement supérieures. El faut donc approximativement 14,5 kg d'air pour obtenir la combustion complète de 1 kg d'essence.
La richesse R d'un mélange air-essence est définie par le rapport entre le dosage réel D et le dosage stœchiométrique D0 .
Ainsi, pour un mélange riche en essence te! que celui nécessité lors du régime de suralimentation, la richesse R est supérieure 1 , on parle de fonctionnement en surrichesse selon un taux de surrichesse nécessaire TA exprimé en pourcentage selon la formule suivante ; TA = (R - 1 )x100 avec R qui est ia richesse du mélange telle que définie précédemment.
Si un fonctionnement en surrichesse permet d'assurer ie fonctionnement du moieur en régime de suralimentation,, ίί présente néanmoins l'inconvénient 5 d'utiliser plus de carburant que nécessaire, ce surplus en carburant étant utilisé comme source d'abaissement de la température du moteur.
Dans ce contexte, la présente invention vise un procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type à essence pour lequel ie fonctionnement du moteur en régime de suralimentation est rendu possible pour une quantité de 10 carburant utilisé qui est limitée.
A cet effet, le procédé de l'invention est un procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type à essence susceptible de nécessiter un fonctionnement en régime de suralimentation impliquant l'admission d'un mélange air-essence de richesse supérieure à 1 selon un taux de surrichesse nécessaire 15 tel que précédemment défins, dans lequel procédé, le moteur est alimenté, lorsqu'il se trouve en régime de suralimentation ;
d'une part par un mélange air-essence selon le taux de surrichesse optimisé suivant exprimé en pourcentage :
TB = TA - TC
20 où TA est le taux de surrichesse nécessaire pour assurer la suralimentation du moteur, et
T: est le taux réduit de surrichesse et présente une valeur comprise entre 0 et TA .
et d'autre part par un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes admis dans le 25 moteur selon un taux d'admission qui est égal à plus ou moins 2% au taux réduit de surrichesse.
Il a été découvert dans le cadre de l'invention que le surplus d'essence utilisé dans le cadre de la surrichesse pouvait être au moins en partie remplacé par l'admission dans le moteur d'un gaz inerte ou d'un mélange de gaz inertes, 30 Le procédé de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles ; - le taux d'admission de gaz inerte ou du mélange de gaz inertes dans le moteur est égal au taux de surrichesse nécessaire pour assurer ia suralimentation du moteur, ce dont il résulte que la suralimentation est assurée intégralement par l'admission dans le moteur du gaz inerte ou du mélange de gaz inertes,
- le mélange de gaz inertes est constitué par les gaz d'échappement qui circulent dans un circuit de recircuiation des gaz d'échappement dérivant au moins une partie des gaz d'échappement en sortie du moteur vers la chambre de combustion du dit moteur.
L'invention porte également sur un dispositif permettant la mise en œuvre du procédé précédemment défini et qui comporte au moins un boîtier de commande assurant simultanément le pilotage d'un dispositif de régulation des quantités d'air et d'essence admises dans le moteur et le pilotage d'un dispositif de régulation de la quantité de gaz ou de mélange de gaz inerte admis dans te moteur.
De façon avantageuse, le boîtier de commande assure simultanément le pilotage d'un dispositif de régulation des quantités d'air et d'essence admises dans le moteur et d'un dispositif de régulation des gaz d'échappement admis dans ie moteur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure unique annexée sur laquelle est représenté schématiquement le dispositif de l'invention.
La présente invention se base sur la découverte que l'admission dans la chambre de combustion, en plus du mélange air-essence, d'un gaz inerte ou d'un mélange de gaz inertes pouvait venir pallier une diminution du surplus d'essence utilisé dans ie cadre de la surrichesse et ce, sans que les performances du moteur ne soient diminuées.
Plus précisément, lorsque le moteur nécessite un fonctionnement en suralimentation, le dit moteur est alimenté selon l'invention par un mélange air- essence selon le taux de surrichesse optimisé TB suivant : où TA est le taux de surrichesse nécessaire pour assurer la suralimentation du moteur selon TA = (R - 1)x. 100 avec R qui est la richesse du mélange, et Tc est le taux réduit de surrichesse et présente une valeur comprise entre 0 et TA .
Selon l'invention, lorsque îe moteur se trouve en régime de suralimentation, il est également alimenté par un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes selon un taux d'alimentation TD qui correspond à la valeur du taux réduit de surrichesse
Tc .
Par exemple, pour un taux de surrichesse TA de e0% nécessaire pour assurer le fonctionnement du moteur en régime de suralimentation, le taux de surrichesse optimisé pourra être de 10 % avec un taux d'alimentation en gaz inerte qui sera alors de 20%.
Toujours selon l'invention et dans le cadre de cet exemple de réalisation, le gaz inerte ou le mélange de gaz inerte est constitué par les gaz d'échappement brûlés récupérés en sortie de la chambre de combustion qui sont réintroduits dans le conduit d'admission puis dans la chambre de combustion du moteur.
Un tel système de réintroduction dans le moteur d'une partie des gaz d'échappement est connu sous le nom de gaz recirculés ou EGR (pour Exhaust Gaz Recirculation).
Les circuits EGR sont principalement utilisés dans les moteurs diesel pour diminuer la quantité d'espèces polluantes à l'échappement du véhicule automobile.
Dans ie cadre de l'invention, c'est l'inertie de ces gaz d'échappement constitués essentiellement de dioxyde de carbone et d'eau qui est utilisée puisqu'ils ne vont plus participer à la combustion et qu'ils vont, de façon inattendue, venir compenser la réduction du surplus d'essence dans le cadre de la surrichesse.
En référence à la figure unique, le dispositif de l'invention comporte un dispositif de régulation des quantités d'air et d'essence admises dans le moteur 1 , par exemple un carburateur, qui prépare ie mélange air-essence dans les bonnes proportions.
Le mélange air-essence circule alors dans un conduit d'admission 2 jusqu'à la tubulure d'admission d'air du moteur 3.
Les gaz d'échappement issus de Sa chambre de combustion du moteur 3 circulent ensuite dans une canalisation 4 jusqu'à un dispositif de posi traitement 5, par exempte un pot d'échappement catalytique, et sont ensuite évacués dans l'atmosphère via un conduit d'échappement 6.
Un circuit de recirculation des gaz d'échappement 7 dérive au moins une partie des gaz d'échappement circulant dans la canalisation 4 en sortie du moteur 5 3 vers le conduit d'admission 2 dans lequel ils rejoignent le mélange air-essence avant d'être admis dans la chambre de combustion du moteur 3, A cet effet, une vanne papillon 8 est située sur ce circuit de recircuiation 7.
Ce circuit de recircuiation 7 est généralement doté d'un échangeur EGR non représenté qui permet d'abaisser la température des gaz d'échappement avant H) leur réintroduction dans le moteur 3.
Selon l'invention, un boîtier de commande assurant simultanément le pilotage du carburateur 1 et de la vanne 8 permettant d'appliquer des taux respectifs de surrichesse optimisé TH et d'admission des gaz. d'échappement TD en conformité avec le procédé précédemment décrit.
1 5 Ainsi, lorsque le moteur fonctionne en régime de suralimentation, selon le point de fonctionnement du véhicule, ie boîtier de commande applique un certain taux de surrichesse optimisé T8 par le biais du carburateur et le taux correspondant de gaz d'échappement par le biais de la vanne 8.
Pour certains points de fonctionnement, il est possible d'atteindre te taux de
20 surrichesse nécessaire TA uniquement par te biais des gaz d'échappement issus du circuit de recirculation 7. Dans ce cas, le taux de surrichesse optimisé TB est nul, ce qui correspond à un dosage stoechloméirique air-essence 13, , et ie taux d'admission en gaz d'échappement TD correspond au taux de surrichesse nécessaire TA permettant d'assurer te fonctionnement du moteur en régime de
25 suralimentation.
Pour d'autres points de fonctionnement, on atteint ie taux de surrichesse nécessaire TA à la fois par l'application d'un taux de surrichesse optimisé rs du mélange air-essence et par l'application d'un taux d'admission en gaz d'échappement T0 , la somme du taux d'admission en gaz d'échappement 7\, et
30 du taux de surrichesse optimisé TB du mélange air-essence correspondant au taux de surrichesse nécessaire TA .

Claims

REVENDICATIONS
1 , Procédé d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type à essence (3) susceptible de nécessiter un fonctionnement en régime de suralimentation impliquant l'admission d'un mélange air-essence de richesse supérieure à 1 selon un taux de surrichesse nécessaire ( TA ) exprimé en pourcentage et correspondant à la formule suivante :
Figure imgf000008_0001
où R est la richesse du mélange air-essence et est supérieur à 1 ,
.D) est le dosage réel donné par le rapport entre la masse d'air et la masse d'essence admis dans le moteur (3), et
D0 est le dosage stœchiométrtque pour lequel la combustion complète de l'essence est assurée sans manque ni excès d'air et qui présente une valeur de 14,5.
caractérisé en ce que lorsque le moteur (3) nécessite un fonctionnement en suralimentation, le dit moteur (3) est alimenté
d'une part par un mélange air-essence selon 1e taux de surrichesse optimisé ( TB ) suivant exprimé en pourcentage :
TB = TA - Tc
où V, est le taux de surrichesse nécessaire pour assurer la suralimentation du moteur (3), et
TC est le taux réduit de surrichesse et présente une valeur comprise entre 0 et T. .
et d'autre part par un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes admis dans Se moteur (3) selon un taux d'admission (TD ) qui est égal à plus ou moins 2% au taux réduit de surrichesse { TC ),
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le taux d'admission de gaz inerte ou du mélange de gaz inertes ( TD ) dans le moteur (3) est égal au taux de surrichesse nécessaire (TA ) pour assurer la suralimentation du moteur (3), ce dont î! résulte que la suralimentation est assurée intégralement par l'admission dans le moteur (3) du gaz inerte ou du mélange de gaz inertes.
5 3, Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mélange de gaz inertes est constitué par les gaz d'échappement qui circulent dans un circuit de recircuiation (7) dérivant au moins une partie des gaz d'échappement en sortie du moteur vers la chambre de combustion du dit moteur (3).
10
4. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon tes revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un boitier de commande (9) assurant simuitanémenî le pilotage d'un dispositif de régulation des quantités d'air et d'essence (1 ) admises dans le moteur (3) et le pilotage d'un dispositif de
15 régulation de la quantité de gaz ou de mélange de gaz inerte (8) admis dans le moteur (3).
5, Dispositif selon la revendication 4 en ce qu'il assure la mise en œuvre du procédé de la revendication 3, caractérisé en ce que le boitier de 2 commande (9) assure simultanément le pilotage d'un dispositif de régulation des quantités d'air et d'essence (1 ) admises dans le moteur (3) et d'un dispositif de régulation des gaz d'échappement (9) admis dans le moteur (3).
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