Brevet FR3040743A1 — publié le 20170310

COMPRESSEUR ELECTRIQUE AVEC VANNE DE CONTOURNEMENT La présente invention concerne le domaine des compresseurs électrique, et plus particulièrement un ensemble comprenant un moteur thermique et un compresseur électrique avec une vanne de contournement. Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur thermique essences, diesel, gaz, éthanol, 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 interne. Le compresseur électrique joue le même rôle que le turbocompresseur, à savoir augmenter la pression d'admission des gaz frais 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 différents besoin tels que la non utilisation du compresseur, 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. Un inconvénient de ces vannes actives aujourd'hui, est qu'il est difficile de les piloter en association avec le compresseur dans les meilleures conditions possibles. Elles nécessitent de disposer dans le calculateur de contrôle moteur des stratégies spécifiques 3040743 2 de gestion dédiées d'une part au compresseur, et d'autre part à la vanne elle-même, chacune communiquant ensemble afin de pouvoir arbitrer correctement l'utilisation de ces composants. Il est alors nécessaire de disposer d'un calculateur de contrôle moteur présentant les entrées et sorties spécifiques au compresseur et à la vanne de 5 contournement, ainsi que d'architectures de contrôle complexes. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un système moteur comportant un compresseur avec une vanne de contournement active améliorée. 10 Pour cela la présente invention propose un ensemble comprenant : un conduit d'admission s'étendant entre une entrée d'air et un moteur thermique, un moteur thermique, un compresseur électrique disposé sur le conduit d'admission, 15 un circuit de contournement du compresseur électrique, une vanne de contournement du compresseur électrique disposée sur le circuit de contournement, le compresseur électrique étant configuré pour permettre le pilotage de la vanne de contournement. 20 Une telle intégration du pilotage dans le compresseur électrique permet une meilleure synchronisation du fonctionnement du compresseur avec la vanne de contournement, et ainsi une meilleure efficacité du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne de contournement est une vanne de type volet, soupape ou pneumatique. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, pilotage est réalisé par des moyens de pilotage. 3040743 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage sont intégrés à l'électronique du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comporte un circuit de recirculation des gaz d'échappements. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble un échangeur de chaleur disposé sur le conduit d'admission. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique est disposé en amont de l'échangeur de chaleur, et en amont de la vanne. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique est disposé 10 en aval de l'échangeur de chaleur, et en amont de la vanne. Selon un mode de réalisation de l'invention, compresseur électrique est disposé en aval de l'échangeur de chaleur, et en aval de la vanne. L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble selon l'invention, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile. 15 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: - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation selon l'invention, 20 - la figure 2 est une représentation graphique de résultats obtenus avec une vanne selon l'invention. , 2a pression aval compresseur et 2b puissance du compresseur par rapport à la position de la vanne, avec et sans utilisation du compresseur. La présente invention concerne un moteur thermique équipé d'un compresseur électrique comportant une vanne de contournement. Dans le cadre de l'invention, on 25 entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par 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. 3040743 4 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 selon la terminologie anglaise). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un 5 moteur à aimant permanent. 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 10 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, un mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure 1 est illustré un ensemble 1 moteur avec un conduit d'admission 4 du circuit d'admission, un moteur 2 thermique à combustion interne de véhicule automobile et un compresseur 15 électrique 5. Ce moteur 2 comporte 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 par exemple l'essence ou le diesel comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant. 20 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. Ce moteur 2 a une entrée reliée au conduit d'admission 4 et une sortie reliée à un circuit d'échappement de gaz 10. 25 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. 3040743 5 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, dont le flux est représenté par la flèche F1, cette canalisation étant située 5 entre l'entrée 11 d'air et le moteur 2. 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 10 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 15 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 de régler le débit de gaz pour la 20 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 25 compresseur électrique 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 8 papillon est en aval du compresseur électrique 5. 3040743 6 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 circuit d'échappement de gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte 5 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 les gaz d'échappement de la voie d'échappement, dont le flux est schématisé par la flèche F2. Selon un mode de réalisation, le flux traverse le catalyseur 122. Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble 1 comprend un compresseur électrique 10 5. Ce compresseur 5 est entraîné par un moteur électrique. Le compresseur électrique 5 est disposé dans la boucle du conduit d'admission 4. Dans une première variante de l'invention, le compresseur électrique 5 est disposé 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. 15 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 disposé en amont de la vanne 8 papillon, entre l'échangeur de chaleur 6 et la vanne 8 papillon. 20 Selon une autre variante de l'invention, le compresseur électrique 5 est disposé en aval de la vanne 8 papillon. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur électrique 5 est intégré dans un circuit de contournement 510 (également appelé circuit by-pass selon la terminologie anglaise) comportant un moyen de contournement 52. Le compresseur 25 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 autre type de vanne équivalente et compatible avec l'invention. Le circuit de dérivation 3040743 7 510 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. 5 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 les gaz d'admission soient dirigés vers le conduit 511 où est disposé le compresseur électrique 5. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de contournement est disposé sur le conduit de contournement et le compresseur électrique sur le conduit principal. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen de contournement est disposé sur le conduit principal et le compresseur électrique sur le conduit de 15 contournement. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen de contournement est disposé sur le même conduit principal ou de contournement, que le compresseur électrique, et une vanne supplémentaire est disposée dans le conduit de contournement ou le conduit principal. 20 Ainsi en dehors des phases de transition, ou de manière générale des phases ne nécessitant pas l'utilisation du compresseur électrique 5, les gaz d'admission circulent dans le conduit 510 et ne traversent pas le compresseur électrique 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque la vanne 52 de dérivation est ouverte les gaz d'admission circulent dans le conduit 510 et à travers le compresseur 25 électrique 5. Dans le cadre de l'invention, le pilotage de la vanne 52 de contournement est intégré dans le compresseur électrique 5. Plus précisément, le compresseur électrique 5 3040743 8 comporte au moins une partie de l'électronique de contrôle de la vanne de contournement 52. Le contrôle de la vanne de contournement est réalisé par des moyens de contrôle 53 de la vanne 52. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de contrôle 53 de la vanne 52 sont disposés dans l'électronique du compresseur 1. 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 10 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 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 15 en aval du compresseur. Le fonctionnement d'un tel système selon l'invention est le suivant. Lors de l'activation du compresseur électrique, le compresseur envoi une requête de fermeture à la vanne de contournement du compresseur 5. Lors d'une demande de désactivation du compresseur, le compresseur envoi une requête d'ouverture de la vanne de contournement. On entend par activation du compresseur, le fait que la consigne de 20 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 ralenti. Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôle minimum de la vanne de contournement du compresseur intégré au compresseur électrique peut être complexifié en prenant par exemple en compte des mesures effectuées par des capteurs présents sur 25 le compresseur électrique, et par exemple des mesures de régime, de courant, de pressions ou encore de températures. Il est ainsi possible d'assurer à la fois un pilotage plus fin du compresseur et de la vanne du compresseur en fonction des conditions réelles de fonctionnement, ainsi que d'assurer des fonctions de protection de ces composants. 3040743 9 Les figures 2a et 2b illustrent les résultats obtenus avec une vanne de contournement selon l'invention. , 2a pression aval compresseur et 2b puissance du compresseur par rapport à la position de la vanne, avec et sans utilisation du compresseur. 5 Ces résultats sont obtenus par une étude de simulation effectuée sur un moteur essence 1.9L tGDI, muni d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement basse pression refroidi et d'un compresseur électrique avec vanne de recirculation situé en amont du compresseur. Le compresseur et la vanne de contournement sont pilotés sur la base de lois de 10 commande simplifiée. Lors d'une demande d'activation du compresseur, le compresseur reçoit une requête d'augmentation de sa vitesse de rotation et la vanne de contournement reçoit une requête de fermeture. A l'inverse, lorsque l'activation du compresseur n'est plus nécessaire, la requête de régime du compresseur redevient le régime de ralenti et la vanne de contournement reçoit une consigne d'ouverture. Ces 15 résultats illustrent une meilleure efficacité du compresseur avec la vanne de contournement. 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 en limitant l'aspiration d'huile. 20 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 toutefois sortir de la portée définie par les revendications. 25 REVENDICATIONS1. Ensemble (1) comprenant : - 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), le compresseur électrique (5) étant configuré pour permettre le pilotage de la vanne de contournement (52). 2. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel la vanne de contournement (52) est une vanne papillon, une vanne à volet, une vanne à soupape ou une vanne pneumatique. 3. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 2, dans lequel le pilotage est réalisé par des moyens de pilotage (53). 4. Ensemble (1) selon la revendication 3, dans lequel les moyens de pilotage (53) sont intégrés à l'électronique du compresseur électrique (5). 5. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 4, comportant un circuit de recirculation (9) des gaz d'échappements. 6. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 5, comprenant un échangeur de chaleur (6) disposé sur le conduit d'admission (4). 7. Ensemble (1) selon la revendication 6, dans lequel le compresseur électrique (5) est disposé en amont de l'échangeur de chaleur, et en amont d'une vanne (8) disposée dans le circuit d'admission. 3040743 11 8. Ensemble (1) selon la revendication 6, dans lequel le compresseur électrique (5) est disposé en aval de l'échangeur de chaleur, et en amont d'une vanne (8) disposée dans le circuit d'admission. 9. Ensemble (1) selon la revendication 6, dans lequel le compresseur 5 électrique (5) est disposé en aval de l'échangeur de chaleur, et en aval d'une vanne (8) disposée dans le circuit d'admission. 10. Utilisation de l'ensemble (1) selon une des revendications 1 à 9, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile. 10