WO2012150393A1 - Circuit d'alimentation d'air, moteur turbocompresse et procede de controle de la combustion d'un moteur turbocompresse - Google Patents

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WO2012150393A1
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compressor
engine
exhaust
intake
combustion
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Philippe Obernesser
Nicolas QUECHON
Vincent DUGUE
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Renault S.A.S.
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates, in the field of internal combustion engines turh coecopresSés> including, for vehicule autornobi le.
  • This invention relates to a supply circuit for turfoocorapressé engine 'having a feed line connected to the engine intake manifold and an exhaust duct connected to the exhaust manifold of the mo st ⁇
  • the two-stroke cycle of an internal combustion engine differs from four-stroke cycles because it. takes place in only one crankshaft revolution, instead of two. Since the phases of a two - stroke cycle and a four - stroke cycle are similar (intake, escapement, compression, expansion), the intake and exhaust phases are reduced and must be superimposed.
  • the present invention aims to ensure the control of the intake flow as a function of the engine load during passages. Compressed compressor speed, in order to limit consumption.
  • the bypass branch can be closed by goading the compressor driven by EGR, while controlling the intake and exhaust valves to achieve maximum gas flow within the combustion chambers. , in order to control the phasing of combustion.
  • the circuit illustrated in the figures comprises a supply line 10 with an air inlet 11a, connected to the intake manifold 12 of the engine 7, and an exhaust pipe 20 (with an outlet 20a) connected to the exhaust manifold.
  • the exhaust air 19 of the engine 7, the admitted air passes through an air filter 15 before joining a turbocharger 1, 2, consisting of a turbine 1 and a compressor 2. It then passes through a pressure reducer.
  • intake air 5 for example water
  • the cooler 3 is disposed between the two, compressors 2, 4.
  • a bypass branch 8, controlled by a bypass valve 9, allows the inlet gases to bypass the driven compressor 4, a second intake gas refiidor (eg water) It is placed between the mechanical compressor 4 and the collector 'intake .12>
  • the inlet and outlet are provided preferably pat: none; valves (not shown), controlled by independent timing systems of intake and exhaust timing, so called “VVT” for "variable valve timing” (not shown).
  • the supply circuit is completed by a flue gas exhaust duct or EGR circuit 13., downstream of the exhaust manifold 19, It comprises a control valve, or EGR valve 14, and a specific cooler 16.
  • the circuit Finally, there is a discharge branch 17 whose access is controlled by a turbine discharge valve or "wastegate" 18.
  • the proposed circuit comprises in series n first compressor in the form of a turbocharger 1 , 2 equipped with a turbine 1 driven by the engine exhaust gas and a compressor 2 connected to the air intake port 10a of the circuit, and a second compressor 4 to drive gas independent of exhaust, which provides additional compression of the ad.m ss.ion gas from the first compressor 2, before their entry into the combustion chambers of the engine.
  • This arrangement makes it possible to maintain permanently in the dmissior collector; 12, a pressure greater than that of the exhaust pipe 19.
  • the driven compressor 4 has the function of maintaining in the intake manifold 12 a pressure always greater than the pressure in the collection exhaust. Its variable drive system 6 controls the flow of gas supplied from the engine.
  • the drive speed of the compressor can be proportional to that of the engine, but the air requirement is different depending on the load. The system can thus adapt the drive speed, and therefore the engine air flow, to the load, so as to limit consumption.
  • the turbocharger compensates for the loss due to the use of a driven compressor, recovering the gas • enthaipie of hot exhaust and pressure through the turbine and directly rnissant fo the mechanical energy necessary for the compressor 4 perform the compression,
  • the use of a turbocharger in series with the driven compressor makes it possible to ofa very strong supercharging which favors the refilling with fresh air of the engine, at a lower consumption August than a single compressor.
  • the turbocharger constitutes a second compression stage, the energy of which is recovered from the enthalpy lost in the exhaust, whereas the driven compressor consumes some energy on the drive shaft.
  • the combination of the driven compressor and the turbocharger ensures in any circumstance a strong supercharging (up to about six bar), thanks to which one can reduce the dimensions of the engine, without penalizing the consumption.
  • bypass system or "foypass" of the driven compressor 4 makes it possible to control the intake flow rate as a function of the load, in particular during the variable speed compressor compressor changes, in order to limit the consumption ⁇
  • the cooling of the gases by a water cooler 3 downstream of the turbocharger increases their density, hence the engine performance.
  • the use of a water cooler is justified by. its high efficiency.
  • the temperature in the driven compressor 4 can thus be strongly limited. It also increases the density of the intake gases, thus the engine performance.
  • the turbine 1 may be of fixed geometry. It, recover the entnalpie of the exhaust gas to provide energy to the turbocharger, Alternatively, the turbine 1, can also be variable geometry, so as to adapt to the operating range of the engine.
  • the EGR duct 13 from the upstream side of the turbine is in a low pressure EGR 3P configuration, without throttle body downstream of the turbine. With its cooler 16, the EGR duct 13 contributes to lowering the pressure. temperature in the combustion chamber, thus reducing the emission of nitrogen oxides.
  • the "recirculated" exhaust gases (EGR) are indeed more effective at reducing the nitrogen oxides than the residual burned gases.
  • the EGRs are preferably cooled before the EGR valve 14, to guarantee its integrity.
  • the EGR circuit also makes it possible to control the exhaust back-pressure, thus the air and / or the residual gaa enclosed, and the proportion of air enclosed in the m ower ratio, at the flow rate.
  • the re-equalizers preferably water, can also be air despite a lower efficiency and a certain risk for the integrity of the compressor driven.
  • the driven compressor is at discrete speed changes, its speed jumps justify branch branch 8, provided in Figure!
  • the compressor may also be electrically driven or. continuously variable mechanical drive. In this case the flow control on admission by a bypass branch during transitions is not. more necessary, and the proposed power supply circuit can do without this branch, according to Figure 2.
  • the circuit presents advantageously a recirculation circuit ⁇ EGR ⁇ exhaust gas.
  • compliance with motor vehicle emission legislation im- plies operation with high levels of internal or external "recirculated" flue gas, in particular to reduce the production of nitrogen oxides.
  • a two-stroke valve engine has a high recirculated gas rate. These are burned gases that are not expelled from the chamber during the exhaust phase and undergo a second compression-combustion-relaxation cycle, ensuring the treatment at the source, pollutant emissions.
  • EGR makes it possible to reduce the emissions of nitrogen oxide and CO.sub.2 together.
  • the EGRs are preferably taken upstream of the turbine and reinjected at the inlet, between the trained compressor. and the turbocharger.
  • the reeirulation pipe 13 with ref roidissurur 16 thus takes exhaust gases upstream of the turbine 1 to reintroduce them to the intake between the two compressors 2, ⁇ 1, They can also be cooled before being admitted again into the cylinder, thanks to ref 11.
  • Combustion HCCI (“homogeneous combustion compression ignition”) is a particularly advantageous mode of combustion, which makes it possible to reduce emissions of nitrogen oxides and particulates, thus eliminating a particulate filter (FAP)
  • FAP particulate filter
  • VVT variable valve timing
  • the circuit-alioten ation proposed allows. to operate with very high rates of EGR at low load, without penalizing consumption, Sn effect the use of a compressor-driven metric flight determines the flow rate at the input of the engine at a given speed. Since the compressor drive ratio is sized to reach the point of high load, the flow rate at the load is much too high.
  • the invention proposes to overcome this disadvantage in "gavant" the compressor driven by EGR.
  • the objective is not to enclose all the flow rate provided by the compressor in the combustion chambers, but to reduce the proportion of gases contained in relation to the flow rate. This reduction is achieved by maximizing the flushing of the gases to the exhaust through the combustion chambers by appropriate control of the intake and exhaust valves.
  • the "wastegate" 18 of the turbine 1 can advantageously remain completely open. This arrangement limits the energy supplied to the turbocharger and therefore the air flow. Such an operation amounts to using the recirculation circuit EGR at .la. place of the bypass branch 8 of the compressor, of Figure 1, It has no impact on the consumption of the engine, e simplifies the supply circuit, according to Figure 2
  • the feed circuit proposed by the invention is directly related to the specificities of the two-stage operation of a two-stroke turbocharged diesel engine, whose performance, consumption and polluting emissions are to be optimized, it also makes it possible to control the phasing of the HCCI combustion by the EGR on such an engine.
  • This circuit is effectively optimized for a small two-stroke turbocharged diesel engine. Nevertheless, it is applicable to other two- or four-stroke engines. Diesel, gasoline or any other fuel, valves or lights or mix e .. Finally it is not limited to the automotive industry and may concern, in appropriate conditions, marine engines, motorcycles or generators.

Abstract

Circuit d'alimentation pour moteur turbocompréssé (7), Comportant une; conduite d' alimentation {10} reliée au collecteur d'admission (12) du moteur et une conduite d' échappement (20) reliée au cal lecteur d' échappement. (19) du moteur, comprenant en série un premier compresseur sous la forme d'un turbocompresseur (1, 2) muni d'une turbine (1,) entraînée par les gaz d'échappement du moteur et d'un compresseur (2) relié à l'orifice d' admission d'air (10a) du circuit, et un deuxième compresseur (.4) à entraînement indépendant des gaz d'échappement, qui assure une compression supplémentaire des qaz d'admission, issus du premier compresseur (2) avant.Leur entrée dans les chambres de combustion du moteur, de manière à maintenir en permanence dans le collecteur d'admission (12) une pression supérieure à celle du collecteur d'échappement (19), caractérisé en ce qu'il comporte une branche de contournement (8) du deuxième compresseur contrôlée par une vanne de contournement (9).

Description

·■ ί ■
CIRCUIT Ό1 A mm A i i p ^lRr MOTEUR ÎJ BOCOMPRESSE ET raocsDg DE
ÏORBOCOMPRESSS La. présente invention se rapporte, au dom&ine des moteurs à combustion interne turh©coœpresSés> notamment, pour véhicu1e autornobi le .
Elle porte sur l'alimen ation en air d'un moteur thermique, et. sur son contrôle pour atteindre les meilleures per ormances sn termes de cor,sommation, et de dépollution •sur un moteur, en pa t cul er un moteur Dièse;! deux temps .
Cette invention a pour objet un circuit d'alimentation pour moteur turfoocorapressé, 'comportant une conduite d'alimentation reliée au collecteur d'admission du moteur et une conduite d'échappement reliée au collecteur d'échappement du mo e r ·
Elle a également pour objet un moteur Diesel deux temps turbocompressé comportant ce circuit et un procédé de commande de la combustion de ce moteur.
Le cycle deux temps d'un moteu à combustion interne diffère des cycles A quatre temps, car il. s'effectue en seulement un tour de vilebrequin, au lieu de deux. Comme les phases d'un cycle deux temps et d' un cycle quatre temps sont semblables (admission, échappeme t·, com ressio , détente) , les phases d'admission et d'échappement sont réduites et doivent se superposer.
Pour assurer que la pression d'alimentation soit toujours supérieure à la pression à l'échappement, on & le plus souvent recours à la suralimentation. Par la publication FF; 2 931 8 88 , on connaît un dispositif de contrôle des pressions â l' échappement d' un moteur Diesel deux temps comportant en série sur la ligne d'admission d'air un. turbocompresseur et un compresseur entraîné. Le comburant est successivement comprimé par les deux compresseurs, avant d'entrer dans les chambres de combustion du moteur. Par ailleurs., des gaz d'échappement sent prélevés et mis en recirculat.i ft à l'admission, entre les deux compresseurs , Toutefois, dans le cas où le compresse entraîné est â d'entraînement: variable, le débit, de comburant envoyé à l'admission pendant ses variations de vitesse est dif f ri.ci Iément COQt.rô1ahle <
Ls présente invention vise à assurer le contrôle du débit à l' admission en fonction dé là charge du moteur lors des passages de. vitesse du compresseur entraîné, dans le but de limiter la consommation.
Dans ce but, elle propose d'ajouter au circuit une branche de contournemeftt du compresseur entraîné, contrôlé par une vann de contournement ,
Dans un mode de fonctionneiaent privilégié, on peut fermer la branche de eontournement en gavant le compresseur entraîné par des EGR, tout en commandant les soupapes d'admission et d' échappement pour obtenir un balayage màximura des gaz à l'intérieur des chambres de combustion, en vue de contrôler le phasage de la combustion.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressort iront clairement de la description suivante de deux modes de réalisation non limitatifs d celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels les figures 1 •et 2 illustrent respectivement le premier et le second mode d réalisation.
Le circuit illustré par les figures comporte une conduite d'alimentation 10 avec une entrée d'air ÏDa, reliée au collecteur d'admission 12 du moteur 7, et une conduite d* échappemen t 20 (avec une sortie 20a) reliée au collecteur d'échappement 19 du moteur 7, L'air admis traverse un filtre à air 15 avant de rejoindre un turbocompresseur 1, 2, composé d'une turbine 1 et d'un compresseur 2. Il traverse ensuite un ï:e.£roidisseur d'air d'admission 5 (par exemple à eau) en aval du compresseur 2:, et un compresseur entraîné 4 par un système à entraînement variable β, à pa ir de l'arbre du moteur 7. Le refroidisseur 3 est disposé entre les deux, compresseurs 2, 4. Une branche de dérivation 8, contrôlée par une vanne de dérivation 9, permet aux gaz d'admiss on de contourner le compresseur entraîné 4, Un second ref oidisseur de gaz d'admission {par exemple à eau) II est placé entre le compresseur mécanique 4 et le collecteur' d' admission .12 > L' admission et l'échappement sont assurés de préférence pat: des; soupapes (non représentées) , contrôlées par des systèmes de phasage indépendan s de distribution à l' admission et à l'échappement, dits << VVT » pour « variable valve timing » (non représentés} .
Le circuit d'alimentation est complété par un conduit de reeireulation des gaz brûlés ou circuit EGR 13., en aval du collecteur d'échappement 19, Il comprend une vanne de contrôle, ou vanne EGR 14, et un refroidisseur spécifique 16. Le circuit, comporte enfin une branche de décharge 17 , dont l'accès est contrôlé par une vanne d décharge de turbine ou « wastegate » 18. En résumé., le circuit proposé comprend en série n premier compresseur sous la forme d'un turbocompres eur 1, 2 muni d'une turbine 1 entraînée par les gaz d'échappement du moteur et d'un compresseur 2 relié à l'orifice d'admission d'air 10a du circuit, et un deuxième compresseur 4 à entraînement indépendant des gaz d'échappement, qui assure une compression supplémentaire des gaz d' ad.m ss.ion issus du premier compresseur 2, avant Leur entrée dans les chambres de combustion du moteur. Cette disposition permet de maintenir en permanence dans le collecteur d' dmissior; 12, une pression supérieure à celle du co1.1ect ur d' échappement 19.
Le compresseur entraîné 4, a pour fonction de maintenir dans le collecteur -d' admission 12 une pression toujours supérieure à la pression dans le collecteu échappement. Son système d'entraînement variable 6 contrôle le débit de gaz fourni su moteur, La vitess d'entraînement du compresseu peut être proportionnelle à celle du moteur, mais le besoin en air est différent selon la charge. Le système peut ainsi adapter la vitesse d'entraînement, donc le débit d'air du moteur:, à la charge, de manière à limiter la consommation . Le turbocompresseur compense la perte due à l'utilisation d'un compresseur entraîné, en récupérant l'enthaipie des gaz •d' échappements chauds et sous pression, grâce à la turbine et en fo rnissant directement l'énergie mécanique nécessaire au compresseur 4 pour effectue la compression, L'utilisation d'un turbocompresseur en série avec le compresseur entraîné permet d'ofateair une rès forte suralimentation qui favorise le remplissage en air frais du moteur, à un août consommation moindre qu'un seul compresseur. Le turbocompresseur constitue un deuxième étage de compression, -dont l'énergie est récupérée sur l'enthalpie perdue à l'échappement, alors que le compresseur entraîné consomme de l'énergie pri.se sur l'arbre moteur-. La combinaison du compresseur entraî é et du turbocompresseur assure en toute circonstance une forte suralimentation (jusqu'à environ six bar) , grâce à laquelle on peut réduire les dimensions du moteur, sans pénaliser la consommation ..
Le système de dérivation ou « foypass » du compresseur entraîné 4, permet de contrôler le débit à l'admission en fonction de la charge, notamment lors des changements de vitesse du compresseur à système d' entraînement variable, en vue de limiter la consommation <
Le refroidissement des gaz par un ref oidisseur à eau 3 en aval du turbocompresseur augmente leur- densité, donc les performances d moteur. L'utilisation d'un ref oidisseu à eau se justifie par. son efficacité élevée. La température dans le compresseu entraîné 4 peut ainsi être fortement limitée. Il augmente aussi la densité des gaz d'admission, donc les performances du moteur.
L'utilisation de soupapes à l'admission et à l'échappement (de préférence aux lumières utilisées sur certains moteurs deu temps) , no amment de soupapes à levées ou â étalement variables permet de contrôler et d'opt.imi sér¬ ie fonctionnement du double système de compression proposé. Les systèmes de phasage indépendants de distribution à 1' admission et à l'échappement assurent le contrôle du taux de. compression, le contrôle de la quantité de gaz résiduels enfermés, et le contrôle de la cylindrée. La modification du taux de compression peut, être obtenue pa le phasage de l'admission. Sa baisse permet de limiter les émissions d'oxyde d'azote (NOx) et d' augmeriter la puissance maximum du moteur. Son augmentation améliore le démarrage à f oid. Le fonctionnement en cycle deu¾ temps implique un taux de gas résiduels important qui permet de réduire les émissions de d' oxyde-s d'azote, Ce taux est donc a ustable en fonction du croisement entre .l' admission et l'échappement. Un croisement important facilite le « balayage » des gaz résiduels hors de. la chambre de ooœbustion .
La turbine 1, peut ê re à géométrie fixe . Elle, récupère l'entnalpie des gaz d'échappement pour fournir de l'énergie au turbocompresseur, En variante, la turbine 1, peut aussi être à géométrie variable, de manière à s'adapter à la plage de fonctionnement du moteur.
Le conduit EGR 13 partant de l'amont de la turbine, on est dans une configuration £GR basse pression « EGR 3P », sans boîtier papillon en aval de la turbine.* Avec son refroidisseur 16, lé conduit EGR 13 contribue à baisser la température dans la chambre de combustion, donc à réduire l'émission d'oxydes d'azote. Les gaz d'échappement « recirculés » (EGR) sont en effet plus efficaces pour réduire les oxydes d'azote que les g&z brûlés résiduels, Les EGR sont de préférence refroidis avant la vanne EGR 14, pour garantir son intégrité. Le circuit EGR permet aussi de contrôler la contre-pression échappement, donc l'air et/ou les gaa résiduels enfermés, et la proportion d'air enfermée dans le mo eur p r rapport, au débit.
Sans. sortir du cadre de l'invention, les re roidisseurs, de préférence à eau, peuvent aussi être a air en dépit d'une moins bonne efficacité et d'un certain risque pour l'intégrité du compresseur entraîné.
Si le compresseur entraîné est à changements de vitesse discrets, ses sauts de vitesse justifient la branche de dérivation 8, prévue sur la figure !. , Sans sortir du cadre de l'invention, le compresseur peut aussi être à en raînement électrique ou à. entraînement mécanique continûment variable. Dans ce cas le contrôle de débi à l'admission par une branche de dérivation lors des transitions, n'est. plus nécessaire, et le circuit d' limentation proposé peut se passer de cette branche, conformément à la figure 2.
Comme indiqué ci-dessous, Le circuit présente avantageusement un circuit de recirculation {EGR} des gaz â' échappement . En effet, le respect des législations sur .les émissions des moteurs automobiles im i ue un fonctionnement avec de forts taux de gaz brûlés « recirculês » internes ou externes, notamment poux réduire la production des oxydes d'azote. Or un moteu deux temps à soupapes, dispose d'un taux de gaz « recirculês » in ernes, élevé. Il s'agit de gaz brûlés qui ne sont pas expulsés de la chambre lors de la phase d'échappement et qui subissent un deuxième cycle compression-combust ion-détente, assurant le traitement à la source, des émissions polluantes.
Cependant, de forts niveaux de reeirculation sont nécessaires pour atteindre les niveaux d'ém ssions, exigées par la législation. Or la recirculation interne des gaz augmente la consommation de carburant, et les émissions de C02. En revanche i' EGR permet de réduire conjointement les émissions d'oxyde d'azote et de C02 , Comme indiqué ci- dessus, les EGR sont prélevés de préférence en amont de la turbine et réinjectés à l'admission, entre le com resseur entraîné et le turbocompresseu . Le conduit de reeirculation 13 avec ref roidisséur 16, prélève donc des gaz d'échappement en amont de la turbine 1 pour les réintroduire à l'admission entre les deu.s compresseurs 2, ·1 , Ils peuvent aussi être refroidis avant d'être admis à nouveau dans le cylindre, grâce au ref oidisséur 11.
Sur la figure 1, la dérivation 8 perme de contourner le compresseur entraîné pour limite la consommation lors des changements de vitesse de ce dernier» Elle permet également d'envoyer en reeirculation des gaz qui sont réintroduits à l'admission sans repasser par le turbocompresseur. En revanche, dans la configuration de la iligure 2, c'est-à-dire sans la. dérivation 8, le contournemen du turbocompresseur 1, 2, lorsqu' il est souhaité SSÏ assuré intégralement par le circuit EGR. Cette disposition présente un intérêt particulier pour la combustion HCCI, La combustion HCCI (« homogeneous combustion compression ignition »} est un mode de combustion particulièrement avantageux, qui rmet de réduire les émissions d'oxydes d'azote et de particules, donc de supprimer un filtre à particules- (FÂP . Cette couib st. ion homogène nécess te cepen.da.n-fc que tout l carburant soit injecté de façon précoce dans le cycle, par exemple de 50 à 100 degrés de vilebrequin avant le point mort haut. L'injection précoce laisse au carburant et à l'air, un temps de mélange suffisant pou obtenir un mélange homogène lors dé la combustion. L'ensemble de la charge s'enf lamin alors en masse, car le mélange est homogène. Cette combustion a- l' a an age de ne pas produire de suies.
Le fonctionneiaent d'un moteur deux temps permet de repousser la zone d'exploitation de la combustion KCCÏ . Cependant ce type de combustion étant très- bruyant sont utilisation est de préférence limitée aux faibles charges, avec des taux de recirouiation (internes et/ou externes) élevés. L'énergie produite par tour étant deux fois supérieure en deux temps qu'en quatre temps à iso masses de carburant/comburant, il est donc possible en deux temps de réduire la charge par cycle de combustion tout en fournissant le couple aux roues, et donc de fonctionner en mode HCC1 sur une plage de fonct onnement plus importante qu'en quatre temps.
Cependant la combustion HCCI implique un phasage approprié, car elle n'est pas contrôlée par l'injection, comme pou une combustion convèntiohnel-le - Ce contrôle du phasage exige notamment une réduction des températures des gaz dans le cylindre. A cet égard, l'utilisation des VVT {variable valve timing) à l'admission et à l'échappement permet de contrôler le taux de compression du moteur en réduisant le taux de corapression efiectif du moteur,
Le circuit -à' alioten ation proposé permet. de fonctionner avec des taux d/EGR très élevés en faible charge, sans pénaliser la consommation, Sn effet l'utilisa ion d'un compresseur -vol mét ique entraîné détermine le débit en entrée du moteur à un régime donné. Le rapport d' en raînement du compresseur étant dimensionné pour atteindre le point dé forte charge, le débit à taible charge est beaucoup trop élevé. L'invention propose de palier cet inconvénien en «gavant » le compresseur entraîné par des EGR. Cependant, l'objectif n'est, pas d' enfermer tout le débit fourni par le compresseur dans les chambres de combustion, mais de diminuer la proportion de gaz .enfermé par rapport au débit. Cett réduction est obtenue en favorisant au maximum le balayage des gaz vers 1 ' échappemen au travers des chambres de combustion,, grâce à une commande appropriée des soupapes d'admission et .d' échappeme . Le « surbalayage » facilite en effet la vidange des gaz br lés résiduels et le re roidissement. de la. charge enfermée par eonveetion forcée. En d'autres termës , il est. proposé de fermer ou de supprimer la branche de contournèrent du deuxième compresseur 4 en le gavant par des EGR, tout en commandant les soupapes d'admission et d/ échappement pour obtenir un balayage maximum des gaz à l'intérieur des chambres dé combustion, pour contrôler le phasage de ia combustion HCCÏ .
Dans ce mode de fonctionnement, la « wastegate » 18 de la turbine 1 peut avantageusemen rester complètement ouverte. Cette disposition limite l'énergie fournie au turbocompresseur et par conséquent le débit d'air. Un tel fonctionnement revient à utiliser le circuit de recircula ion EGR à .la. place de la branche de contournemenf 8 du compresseur, de la figure 1, Il n'a pas d'impact sur la consommation du moteur, e permet de simplifier le circuit d'alimentation, conformément à la figure 2
En conclusion, le circuit d'alimentation proposé par l'invention est directement lié aux spécifici és du fonctionnement en deux temps d'un moteur thermique Diesel deux temps à soupapes turbocompressé, dont on souhaite optimise les performances, la consommation et les émissions polluantes, il permet également de contrôler le phasage de la combustion HCCÏ par les EGR sur un tel moteur. Ce circuit, est ef ectivement optimisé pour un petit moteur Diesel deux temps turbocompressé â sotJpap.es . Néanmoins, il est applicable à d'autres motorisations â deux ou quatre temps. Diesel, à essence ou à tou autre carburant, à soupapes ou à lumières ou mix e.. Enfin il ne se limite pas à l'industrie automobile et peut concerner, dans des conditions appropriées, .Les moteurs marins, les motocyclettes ou encore les généra eurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit d' alimente. t.ion pour, moteur turboco pressé (7) , comportant «ne conduite d'alimentation {10} reliée au collecteur d'admission (12) du moteur et une conduite d" échappement (20) reliée au collecteur d' échappèren (.19) du moteur, comprenant en sésie un premier compresseur sous la forme d'un turbocompresseur .(1, 2) muni d'une turbine (i) entraînée par les gaz d'échappement du moteur et d'un compresseur {2} relié à l'orifice d'admission d'air (10a) du circuit, et un deuxièm, compresseur {··;) à entraînement indépendan des gaz d'échappement, qui assure une compression supplémentaire des gaz d'admission issus du premier compresseur (2) avant leur entrée dans les chambres de combustion du raoteur., de manière à maintenir en permanence dans le collecteur d'admission (12) une- pression supérieure. à celle du collecteur d'échappement (13), caractérisé en ce qu'il comporte une branche de contournement. (8) du deuxième compresseur contrôlée par une vanne de contournement (9) ,
2. Circu t d' alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième co prssseu ?: <4> est un compresseur à ert raîneraent variable à partir de l'arbre du moteur.
3. Circuit d' limentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des systèmes de soupapes à ouverture variable; indépendants à i' admission et à i' échappement .
4. Circuii: d'al mentation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu' l comporte un conduit de recirculation (13) avec re ro.idi sseur (16), qui prélève des gaz d'échappeme en amont de la turbine (1) pour Les réintroduire à l'admission entre les deux compresseurs (2, 'i) .
5. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ref roidisseur (1.1) en aval du d uxième: compresseu (4) .
6. Circuit d'alimentation selon la revendication 5 ou - \ I -
6, caractérisé en ce qu' il comporte un refroldisseur (3)' entre les deux compresseurs (2, A) .
7. Moteur Diesel -deux temps turboco pressé, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d' alimentation S conforme à l'une des revend! aat ions précédentes et une vanne de décharge de turbine (18) ,
δ. Procédé de conurtande de la combustion d'un moteur selon la revendication ?, caractérisé en ce qu'on ferme ou supprime la b anche, de conto rnement du deuxième, compresseur0 (4) en gavant Le deuxième compresseur par des EGR, tout en commandant les soupapes d'admission et d' échappëmefl pour obtenir un balayage maximum des gsz à l'inté ieur dés chambres de combustion, en vue de contrôler le phasage de la combustion H CI .
5 9. Procédé de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vanne de décharge (18) de la turbine {!) reste complètement ouverte pendant cette opé ation .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016106445A1 (fr) * 2014-12-30 2016-07-07 Robert Bosch Limitada Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne, procédé de régulation de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne, et unité de commande de moteur
CN107664063A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 株式会社斯巴鲁 气体旁通阀控制装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1406725A (fr) * 1964-07-03 1965-07-23 Whitworth & Co Améliorations aux moteurs à combustion interne à deux temps à suralimentation par groupe turbo-compresseur
US6279550B1 (en) * 1996-07-17 2001-08-28 Clyde C. Bryant Internal combustion engine
GB2410060A (en) * 2004-01-14 2005-07-20 Lotus Car A two-stroke compression-ignition internal combustion engine
US20070119168A1 (en) * 2004-01-14 2007-05-31 Turner James W G Turbocharged internal combustion engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1406725A (fr) * 1964-07-03 1965-07-23 Whitworth & Co Améliorations aux moteurs à combustion interne à deux temps à suralimentation par groupe turbo-compresseur
US6279550B1 (en) * 1996-07-17 2001-08-28 Clyde C. Bryant Internal combustion engine
GB2410060A (en) * 2004-01-14 2005-07-20 Lotus Car A two-stroke compression-ignition internal combustion engine
US20070119168A1 (en) * 2004-01-14 2007-05-31 Turner James W G Turbocharged internal combustion engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016106445A1 (fr) * 2014-12-30 2016-07-07 Robert Bosch Limitada Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne, procédé de régulation de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne, et unité de commande de moteur
CN107664063A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 株式会社斯巴鲁 气体旁通阀控制装置
CN107664063B (zh) * 2016-07-28 2019-06-28 株式会社斯巴鲁 气体旁通阀控制装置

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