WO2022223893A1 - Moteur a combustion interne equipe d'un dispositif d'injection d'air a l'echappement - 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.
Description
DESCRIPTION
TITRE : MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE D’UN DISPOSITIF D’INJECTION D’AIR A L’ECHAPPEMENT
La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2104129 déposée le 21.04.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
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.
La production de véhicules automobiles à moteur thermique, nécessite aujourd’hui une limitation significative des gaz polluants émis par les moteurs.
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.
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.
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.
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.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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, 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.
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.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble selon l’une des variantes précédemment décrites.
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 :
[Fig 1] : Cette figure représente schématiquement un mode de réalisation de l’invention, lorsque l’injection d’air à l’échappement est activée.
La figure 1 présente un moteur 1 thermique à combustion interne à allumage commandé ou à allumage par compression. Ce moteur 1 thermique comprend un bloc moteur avec au moins un cylindre 1a, par exemple ici quatre cylindres, pour la combustion. Un tel moteur 1 thermique peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un déplacement de celui-ci.
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.
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.
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.
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.
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.
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 boîtier papillon. La vanne 2b de dosage d’air est située sur la ligne 2 d’admission d’air en aval du compresseur 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.
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.
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.
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.
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 oeuvre du procédé détaillé ultérieurement.
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.
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.
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 :
-Le module 5 de contrôle active la pompe 4a à air et ouvre la vanne à air 4b,
-Le module 5 de contrôle active l’élément chauffant 7a du catalyseur 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.
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.
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.
L’invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit.
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.
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 gâte", 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.
Claims
1. Ensemble comprenant :
-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.
2. Ensemble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la ligne (2) d’admission d’air comprend une vanne (2b) de dosage de l’air admis dans le moteur (1) thermique, les moyens de contrôle du débit de gaz étant cette vanne (2b).
3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un turbocompresseur (6) à géométrie variable, avec une turbine (6b) comprenant des ailettes mobiles (6c), les moyens de contrôle du débit de gaz étant ces ailettes mobiles (6c).
4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un turbocompresseur (6) à géométrie fixe, avec une turbine (6b) comprenant une vanne de décharge, les moyens de contrôle du débit de gaz étant cette vanne de décharge.
5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un catalyseur (7) disposé 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, un élément chauffant (7a) de ce catalyseur (7), le module (5) de commande étant configuré de sorte à activer également l’élément chauffant (7a) pendant la période précédant le démarrage du moteur (1) thermique.
6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne (2) d’admission d’air comprend un filtre (2c) à air disposé en amont du piquage (2a) de la ligne (4) de dérivation sur la ligne (2) d’admission.
7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne (4) de dérivation d’air comprend une vanne (4b) disposée en aval de la pompe à air (4a), le module (5) de commande étant configuré de sorte à ouvrir cette vanne (4b) pendant la période précédant le démarrage du moteur (1) thermique.
8. Procédé d’amorçage d’un catalyseur pendant une période précédent un démarrage d’un moteur (1) thermique, ce moteur (1 ) thermique étant 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 (4a) à air, la ligne (3) d’échappement comprenant un catalyseur (7) disposé en aval du piquage (3a) de la ligne (4) de dérivation d’air sur la ligne (3) d’échappement et un élément chauffant (7a) de ce catalyseur (7), des moyens de contrôle du débit de gaz étant 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, 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.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé, ce que les moyens de contrôle du débit sont des ailettes mobiles (6c) d’une turbine (6b) de turbocompresseur (6) à géométrie variable disposée dans la ligne (3) d’échappement.
10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble selon l’une des revendications 1 à 7.
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- 2021-04-21 FR FR2104129A patent/FR3122212B1/fr active Active
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- 2022-02-22 WO PCT/FR2022/050315 patent/WO2022223893A1/fr active Application Filing
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3122212A1 (fr) | 2022-10-28 |
| FR3122212B1 (fr) | 2023-11-24 |
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