Brevet FR3049309A1 — publié le 20170929

PROCEDE DE DECELERATION D'UN COMPRESSEUR ELECTRIQUE ET COMPRESSEUR ELECTRIQUE ASSOCIE La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un procédé de décélération d'un compresseur électrique et le compresseur électrique associé. Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur à combustion essence, Diesel, gaz, éthanol, ou à pile à combustible, fonctionnant avec un moteur électrique. Plus précisément, le compresseur comporte une roue de compresseur entrainée par un moteur électrique. Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion. Le compresseur électrique joue le même rôle que le turbocompresseur, à savoir augmenter la pression d'admission des gaz dans le moteur. L'utilisation du compresseur électrique est envisagée pour différents besoins, allant de l'amélioration du temps de réponse global de la boucle d'air moteur à l'augmentation du couple maximal moteur voire de la puissance spécifique d'un moteur thermique, en passant par l'amélioration de la dépollution ou encore le réchauffement des gaz admis dans des conditions froides. Quelle que soit l'utilisation envisagée, il est nécessaire de disposer d'une vanne de contournement pour les différents besoins tels que, la non utilisation du compresseur, la protection du compresseur etc. Aujourd'hui deux types de vannes peuvent être utilisées, les vannes passives, qui ne sont pas pilotées, ou actives, qui sont pilotées. Ces dernières permettent de mieux contrôler le comportement de la fonction de contournement en fonction de l'utilisation du compresseur et de ce fait de mieux gérer et protéger le compresseur électrique. Lorsqu'un besoin de suralimentation est détecté, le compresseur électrique piloté par le calculateur moteur est mis en fonctionnement. La vitesse de rotation du compresseur augmente. La vanne de contournement est alors fermée. Lorsque le besoin 3049309 2 en suralimentation est terminé, le fonctionnement du compresseur électrique est arrêté, c'est à dire désactivé. La vitesse de rotation du compresseur électrique diminue pour retourner à un régime de ralenti ou à l'arrêt. La vanne de contournement est alors ouverte. 5 Un des inconvénients avec les modes de fonctionnement actuels provient du fait que le temps de réponse lors de la désactivation est long. Ce temps de réponse important en désactivation entraîne, pour des architectures moteur où le compresseur électrique est placé par exemple en aval du doseur d'air ou du boitier papillon, des problèmes de maîtrise du remplissage en air du moteur à combustion, voire des problèmes de retour au 10 ralenti de ce moteur ou des secousses lors de l'arrêt moteur. De plus, dans le cadre de l'utilisation d'une vanne de contournement passive, des risques de fonctionnement du compresseur en zone de pompage peuvent apparaître. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé amélioré de décélération d'un 15 compresseur électrique et le compresseur électrique associé. Pour cela la présente invention propose un ensemble moteur comprenant au moins - un conduit d'admission s'étendant entre une entrée d'air et un moteur thermique, 20 - un moteur thermique, - un compresseur électrique disposé sur le conduit d'admission, - un circuit de contournement du compresseur électrique, - une vanne de contournement du compresseur électrique disposée sur le circuit de contournement, 25 le compresseur électrique comportant un système de freinage permettant de réaliser une décélération active. 3049309 3 Un tel système de freinage selon l'invention permet ainsi au compresseur de revenir plus rapidement à l'arrêt ou à un régime de ralenti compatible avec le fonctionnement attendu du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de freinage est formé par 5 un système de freinage mécanique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de freinage est un système de freinage mécanique directe ou indirecte. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de freinage est formé par le moteur électrique du compresseur lui-même via une commande du calculateur 10 moteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne de contournement est une vanne papillon, une vanne à volet, une vanne à soupape ou une vanne pneumatique pilotée par des moyens de pilotage intégrés à l'électronique du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comporte un circuit de 15 recirculation des gaz d'échappements. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comporte un échangeur de chaleur disposé sur le conduit d'admission. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique est disposé en aval ou en amont de l'échangeur de chaleur, et en amont ou en aval de la vanne. 20 L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble selon l'invention, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile. L'invention concerne également un procédé de décélération active d'un compresseur électrique selon l'invention comportant les étapes de : - mise en fonctionnement du compresseur électrique, 25 - décélération active du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la décélération active est réalisée en mettant en oeuvre le système de freinage du compresseur électrique. 3049309 4 Selon un mode de réalisation de l'invention, la mise en oeuvre du système de freinage est réalisée par une commande effectuée au niveau du calculateur moteur et envoyée au compresseur, soit directement au moteur par une consigne de vitesse nulle, que l'électronique par exemple embarquée dans le compresseur électrique retranscrit en 5 consigne de couple négatif, soit directement au système de freinage mécanique. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles : 10 - la figure 1 est une représentation schématique d'une architecture moteur avec un compresseur électrique selon l'invention, - la figure 2 est une représentation graphique des résultats obtenus pour la décélération du compresseur électrique avec et sans le procédé selon l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'un procédé selon l'invention. 15 La présente invention concerne un procédé permettant d'améliorer la décélération d'un compresseur électrique et le compresseur associé. Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par 20 un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continue ou alternatif. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor 25 selon la terminologie anglaise). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimant permanent. 3049309 5 Dans le cadre de l'invention, on entend par vanne de contournement (également appelée vanne by-pass selon la terminologie anglaise), une vanne permettant de contourner ou de ne pas contourner le compresseur électrique. Plus précisément, la vanne est disposée sur un conduit de contournement du compresseur électrique. Lorsque 5 la vanne est ouverte, le fluide circule dans le conduit de contournement, et lorsque la vanne est fermée, le fluide circule via le compresseur électrique. La figure 1 illustre une architecture moteur intégrant un compresseur électrique selon l'invention. Sur cette figure 1 est illustré un ensemble 1 moteur avec un conduit d'admission 4 10 du circuit d'admission, un moteur 2 thermique à combustion interne de véhicule automobile et un compresseur électrique 5. Ce moteur 2 comporte, selon un mode de réalisation de l'invention, une chambre de combustion 3 comportant une pluralité de cylindres, au nombre par exemple de quatre sur les figures, destinée à recevoir un mélange de comburant et de carburant, et 15 par exemple l'essence ou le Diesel comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant. La combustion dans les cylindres génère le travail du moteur 2. Le fonctionnement du moteur 2 est classique : les gaz sont admis dans la chambre de combustion 3, y sont comprimés, brûlés puis expulsés sous forme de gaz d'échappement. 20 Ce moteur 2 a une entrée 11 reliée au conduit d'admission 4 et une sortie reliée à un circuit d'échappement de gaz 10. L'entrée 11 du conduit d'admission 4 définit l'entrée par laquelle l'air frais pénètre dans l'ensemble 1 tandis que la sortie 12 du circuit d'échappement 10 définit la sortie par laquelle les gaz d'échappement sont évacués de l'ensemble 1. 25 Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur d'admission 7 qui forme ainsi une boîte d'entrée des gaz dans la chambre de combustion 3 du moteur 2. On entend par conduit d'admission 4 la canalisation d'admission pour les gaz d'admission, cette canalisation étant située entre l'entrée 11 d'air et le moteur 2. 3049309 6 Selon un mode de réalisation de l'invention le conduit d'admission 4 comporte un compresseur mécanique 111 des gaz d'admission, qui est par exemple un turbocompresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'admission 4 comporte un 5 échangeur de chaleur 6, permettant le refroidissement des gaz d'admission, et par exemple les gaz issus du compresseur mécanique 111. Cet échangeur de chaleur 6 également appelé "RAS" par l'homme du métier, qui signifie "refroidisseur d'air de suralimentation", a pour fonction de refroidir les gaz d'admission. L'échangeur de chaleur 6 assure un échange thermique entre les gaz d'admission et le fluide caloporteur de 10 l'échangeur de chaleur 6. En sortie de l'échangeur de chaleur 6, les gaz sont à une température proche de celle du fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur 6. Selon un mode de réalisation de l'invention, en amont du collecteur d'admission 7 des gaz dans le moteur 2, le conduit d'admission 4 comporte une vanne 8 comportant un obturateur de type papillon dont la fonction est par exemple de régler le débit de gaz 15 pour la régulation du régime moteur. Cette vanne 8 est commandée par une unité de commande moteur (également appelé ECU qui signifie Engine Control Unit selon la terminologie anglaise), bien connue de l'homme du métier, et permet de réguler la quantité d'air introduite dans le moteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en amont du 20 compresseur électrique 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en aval du compresseur électrique 5. La sortie du moteur 2 est formée par un collecteur 9 des gaz d'échappement. Ce dernier est relié à une voie ou canalisation d'échappement des gaz faisant partie du 25 circuit d'échappement de gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte une turbine 121, solidaire en rotation du compresseur mécanique 111 des gaz d'admission et formant avec lui un turbocompresseur. La turbine 121 est entraînée par 3049309 7 les gaz d'échappement de la voie d'échappement. Selon un mode de réalisation, le flux traverse un système de dépollution et par exemple un catalyseur 122. Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble 1 moteur comporte un compresseur électrique 5. Ce compresseur 5 est entraîné par un moteur électrique 51. Le compresseur 5 électrique 5 est disposé dans la boucle du conduit d'admission 4. Dans le cadre de l'invention le compresseur 5 électrique comporte un système 15 de freinage permettant d'améliorer sa décélération. La décélération est alors une décélération active. Le compresseur électrique comporte une roue entrainée en rotation par son 10 moteur électrique via un arbre et des roulements. Le système 15 de freinage permet de ralentir le régime de rotation de la roue de compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention le système 15 de freinage est formé par un système de freinage mécanique. Ce système de freinage mécanique permet d'agir directement ou indirectement sur l'arbre pour le ralentir et ainsi ralentir la roue. 15 Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le système 15 de freinage est réalisé par le moteur électrique 51 du compresseur lui-même via une commande du calculateur moteur. Plus précisément, par exemple, le calculateur envoie une consigne de vitesse nulle, que l'électronique par exemple embarquée dans le compresseur électrique retranscrit en consigne de couple négatif. 20 Un tel système de freinage 15 selon l'invention permet ainsi au compresseur de revenir plus rapidement à l'arrêt ou à un régime de ralenti compatible avec le fonctionnement attendu du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système 15 de freinage permet une décélération active avec un temps de réponse à 95% compris entre 80 ms et 1 s. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, la décélération active est réalisée avec un temps de réponse à 95% compris entre 80 ms et 500 ms. 3049309 8 Dans le cadre de l'invention on entend par temps de réponse à 95% est le temps mis pour que la réalisation de la commande de décélération active atteigne 95% de la commande de décélération active.. Dans une première variante de l'invention, le compresseur électrique 5 est disposé 5 en amont de l'échangeur de chaleur 6, et les gaz issus de l'échangeur de chaleur 6 débouchent en amont de la vanne 8 papillon puis dans le collecteur d'admission 7. Selon une autre variante de l'invention, le compresseur électrique 5 est disposé en amont du compresseur mécanique 111. Selon un mode de réalisation de cette variante, le compresseur électrique 5 est 10 disposé en amont de la vanne 8 papillon, entre l'échangeur de chaleur 6 et la vanne 8 papillon. Selon une autre variante de l'invention, le compresseur électrique 5 est disposé en aval de la vanne 8 papillon. Dans le cadre de l'invention, le compresseur électrique 5 est intégré dans un 15 circuit de contournement 510 (également appelé circuit by-pass selon la terminologie anglaise) comportant un moyen de contournement 52. Le compresseur électrique peut ainsi être court-circuité par ce système de contournement. Dans le cadre de l'invention, ce moyen de contournement 52 est par exemple une vanne papillon, une vanne à volet, une vanne à soupape, une vanne pneumatique ou tout 20 autre type de vanne équivalente et compatible avec l'invention. Le circuit de dérivation 510 en association avec le moyen de contournement 52 permet en général aux gaz d'admission arrivant via le circuit d'admission 4 de circuler à travers le compresseur électrique ou bien de le contourner, par la fermeture ou l'ouverture du moyen de contournement 52. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de contournement 52 de type vanne est disposé sur un circuit de contournement 510, différent de celui du compresseur électrique 5 de façon à ce que lorsque la vanne 52 de dérivation est fermée 3049309 9 les gaz d'admission soient dirigés vers le conduit 511 où est disposé le compresseur électrique 5. Ainsi en dehors des phases transitoires, ou de manière générale des phases ne nécessitant pas l'utilisation du compresseur électrique 5, les gaz d'admission circulent 5 dans le conduit 510 et ne traversent pas le compresseur électrique 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, le pilotage de la vanne 52 de contournement est intégré dans le compresseur électrique 5. Plus précisément, le compresseur électrique 5 comporte au moins une partie de l'électronique de contrôle de la vanne de contournement 52. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble moteur comporte un circuit de recirculation 9 des gaz d'échappements. Ce circuit comporte un échangeur de chaleur 91 pour les gaz recirculés et une vanne de recirculation 90, dont le fonctionnement n'est pas décrit ici car connu de l'homme du métier. Selon un mode de réalisation illustré figure 1, le circuit de recirculation 9 est 15 disposé au niveau du conduit d'échappement 10 et débouche en amont du compresseur électrique 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de recirculation 9 débouche en aval du compresseur électrique 5. Le fonctionnement d'un tel système selon l'invention est le suivant. Lors de son activation, le compresseur 5 envoi une requête de 20 fermeture à la vanne de contournement du compresseur 5. Lors d'une demande de désactivation du compresseur 5, le compresseur 5envoi une requête d'ouverture de la vanne de contournement. On entend par activation du compresseur électrique 5, le fait que la consigne de vitesse est non nulle ou supérieure à la vitesse de ralenti, et par désactivation, le fait que la consigne de vitesse est nulle ou de l'ordre de la vitesse de 25 ralenti. Le fonctionnement d'un tel compresseur électrique selon l'invention est le suivant. Lors de son fonctionnement, le compresseur 5 électrique est piloté par le calculateur de contrôle moteur, qui lorsqu'un besoin de suralimentation est détecté et 3049309 10 nécessite l'utilisation du compresseur électrique, envoie une consigne de vitesse au compresseur électrique. Le régime de rotation du compresseur électrique augmente alors pour assurer le besoin de compression, et la vanne de contournement du compresseur électrique se ferme afin de permettre la compression des gaz. Lorsque l'activation du 5 compresseur électrique n'est plus nécessaire, celui-ci est désactivé et décéléré via le système de freinage 15, son régime de rotation diminue pour retourner à un régime de ralenti ou à l'arrêt, et la vanne de contournement du compresseur électrique s'ouvre pour limiter les pertes de charge induites par le compresseur électrique lorsqu'il n'est pas actif. 10 Le procédé de décélération selon l'invention, consiste ainsi à mettre en fonctionnement le compresseur électrique, lorsque son utilisation est nécessaire, puis à le décélérer activement. La décélération active est réalisée en mettant en oeuvre le système 15 de freinage du compresseur électrique. 15 La mise en oeuvre du système de freinage est réalisée par une commande effectuée au niveau du calculateur moteur et envoyée au compresseur, soit directement au moteur par une consigne de vitesse nulle, que l'électronique par exemple embarquée dans le compresseur électrique retranscrit en consigne de couple négatif, soit directement au système de freinage mécanique. 20 Une étude de simulation effectuée sur moteur Diesel 2.0L, dont les résultats sont illustrés figure 2, avec un compresseur électrique disposé en amont du turbocompresseur et muni d'une vanne de contournement passive montre que lors d'une désactivation du compresseur, sa décélération naturellement lente avec un temps de réponse à 95% de 3.3s associée à une ouverture non pilotée de la vanne entraîne le passage en zone de 25 pompage du compresseur électrique, c'est-à-dire dans une zone où l'écoulement de l'air est perturbé. Alors qu'en utilisant une décélération active du compresseur avec un temps de réponse à 95% compris entre 80ms et 1s, le compresseur redescend plus vite en régime que le débit passant à travers la roue ne diminue, ce qui permet de ne plus entrer en zone de pompage. 3049309 n Ces résultats illustrent ainsi un meilleur ralentissement ou arrêt lors de l'utilisation de la décélération active. Ces résultats mettent également en évidence l'intérêt de l'intégration du pilotage de la vanne de contournement pour des aspects de protection du compresseur, par exemple vis-à-vis des zones de pompage et d'aspiration d'huile. 5 La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans 10 toutefois sortir de la portée définie par les revendications. REVENDICATIONS1. Ensemble (1) moteur comprenant au moins - un conduit d'admission (4) s'étendant entre une entrée (11) d'air et un moteur thermique (2), - un moteur thermique (2), - un compresseur électrique (5) disposé sur le conduit d'admission, - un circuit de contournement (510) du compresseur électrique, - une vanne de contournement du compresseur électrique (5) disposée sur le circuit de contournement (510), caractérisé en ce que le compresseur (5) électrique comporte un système (15) de freinage permettant de réaliser une décélération active. 2. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel le système (15) de freinage est formé par un système de freinage mécanique. 3. Ensemble (1) selon la revendication 2, dans lequel le système (15) de freinage est un système de freinage mécanique directe ou indirecte. 4. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel le système (15) de freinage est formé par le moteur électrique (51) du compresseur lui-même via une commande du calculateur moteur. 5. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 4, dans lequel la vanne de contournement (52) est une vanne papillon, une vanne à volet, une vanne à soupape ou une vanne pneumatique pilotée par des moyens de pilotage intégrés à l'électronique du compresseur électrique (5). 6. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 5, comportant un circuit de recirculation (9) des gaz d'échappements. 3049309 13 7. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 6, comportant un échangeur de chaleur (6) disposé sur le conduit d'admission (4). 8. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le compresseur électrique (5) est disposé en aval ou en amont de l'échangeur de chaleur, et 5 en amont ou en aval de la vanne (8). 9. Utilisation de l'ensemble (1) selon une des revendications 1 à 8, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile. 10. Procédé (100) de décélération active d'un compresseur (5) électrique selon une des revendications 1 à 8 comportant les étapes de : 10 mise en fonctionnement (101) du compresseur électrique, décélération (102) active du compresseur électrique (5). 11. Procédé (100) de décélération active selon la revendication 10 dans lequel la décélération active est réalisée en mettant en oeuvre le système (15) de freinage du compresseur électrique. 15 12. Procédé (100) de décélération active selon la revendication 10 dans lequel la mise en oeuvre du système (15) de freinage est réalisée par une commande effectuée au niveau du calculateur moteur et envoyée au compresseur, soit directement au moteur par une consigne de vitesse nulle, que l'électronique par exemple embarquée dans le compresseur électrique retranscrit en consigne de couple négatif, soit directement au 20 système (15) de freinage mécanique.