INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’invention propose ainsi de remplacer le régulateur de la technique antérieure par une enceinte d’amortissement des pulsations ou variations de pression. Les régulations à base d’injection d’air comprimé existants fournissent un amortissement qu’on pourrait décrire comme « actif », du fait de la nécessité de disposer d’un régulateur annexe pour fixer la pression de cet air de complément. L’enceinte permet un amortissement « passif » ne nécessitant aucun autre équipement. De plus, cet amortissement passif est nettement moins coûteux qu’un régulateur de contrepression, lui aussi passif.
La stratégie utilisée actuellement dans les véhicules automobiles de type PHEV du demandeur vise à brider le couple que le moteur thermique est autorisé à fournir à froid. Cette bride augmente avec le nombre de combustions réalisées depuis le démarrage du moteur et on finit par autoriser le moteur thermique à fournir son couple maximal lorsqu’il est chaud.
La contrainte mise sur le moteur thermique permet de limiter les émissions de particules au prix de la consommation de l’énergie électrique dans la batterie. Cette dépense additionnelle d’énergie électrique devra être compensée plus tard par le moteur thermique, et on aboutit au final à une augmentation de la consommation de carburant. La stratégie décrite ci-dessus se base sur des observations expérimentales et une calibration manuelle, mais ne permet pas de garantir qu’on atteint les meilleures performances possibles du point de vue du compromis particules/consommation.
L’invention vise à pallier les problèmes posés par l’art antérieur, notamment le problème des émissions de particules à froid tout en limitant la consommation d’énergie électrique à froid. Lorsque le moteur est froid, il produit en effet une quantité très importante de particules, et ce phénomène est amplifié pour de forts couples demandés.
Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un système de calibration d’une commande par une loi de commande pour véhicule automobile de type hybride comportant un moteur thermique et une machine électrique connectée à une batterie, le système de calibration comprenant - un moyen d’évaluation d’une répartition optimale de couples entre la machine électrique et le moteur thermique, en considérant un modèle de consommation de carburant en fonction de points de fonctionnement du moteur thermique, un modèle d’état de charge en fonction de points de fonctionnement du moteur thermique, un modèle d’émissions de particules en fonction de points de fonctionnement du moteur thermique et de la température du moteur thermique, un modèle de montée en température du moteur thermique en fonction de points de fonctionnement du moteur thermique,
ladite évaluation de répartition optimale étant faite en fonction de différentes valeurs d’un premier paramètre de co-état lié à un état de charge de la batterie, et de différentes valeurs d’un deuxième paramètre de co-état lié à une température du moteur thermique, - un moyen de calibration de commande pour appliquer une consigne selon la répartition optimale de couples entre la machine électrique et le moteur thermique, la calibration étant faite à partir d’une valeur donnée du premier paramètre de co-état lié à l’état de charge de la batterie, et d’une valeur donnée du deuxième paramètre de co-état lié à la température du moteur thermique.
Le système est par exemple un ensemble d’appareils de mesures comprenant au moins un calculateur.
L’invention propose un système permettant de calibrer une commande par une loi de commande qui cherche à optimiser le compromis consommation/particules à travers une stratégie optimale de chauffe moteur.
Selon une variante, le système de commande est caractérisé en ce que
Premier exemple de réalisation Le combustible est du gaz naturel assimilé à du méthane (PCI : 802 kJ/mole) et le couple oxydant-réducteur est constitué par :
- de l’agent réducteur R qui est du bismuth métallique Bi(0), de température de fusion Tf égale à 271°C, de masse atomique 209 g/mol et de densité 9,5, et,
- de l’agent oxydant O qui est du trioxyde de bismuth (Bi2O3) associé au fondant B2O3 sous la forme de l’eutectique 80% Bi2O3-20 % B2O3 (Tf : 620°C ; masse molaire 386,7 g/mol ; densité sensiblement égale à 7).
Le liquide est donc diphasique et les agents R et O sont du type entièrement fondu, la phase R étant le bismuth liquide et la phase O étant l’eutectique Bi 2 O 3 -B 2 O 3 qui sera aussi appelée ci-après « borate de bismuth ».
Les réactions d’oxydo-réduction sont :
(4) réduction : 8/3 Bi + 2 (O 2 + k N 2 ) → 4/3 Bi 2 O 3 + 2 k N 2
(5) oxydation : CH 4 + 4/3 Bi 2 O 3 → CO 2 + 2 H 2 O + 8/3 Bi
Le bilan de ces deux réactions est la réaction (3), déjà citée, de combustion du méthane.
Le rapport stœchiométrique molaire de la réaction d’oxydation « Ros » (Bi/O 2 ) vaut (8/3)/2 = 1,33 (réaction (4)).
Le rapport stœchiométrique molaire de la réaction de réduction « Rrs » (Bi 2 O 3 /CH 4 ) vaut 4/3, soit aussi 1,33 (réaction (5)).
Le rapport de combustion stœchiométrique molaire « Rcs » (O 2 /CH 4 ) vaut 2 (réaction (3)).
On vise une puissance thermique de 80 kW soit une consommation de CH 4 de 80/802 ≈ 0,1 mol/s (mole par seconde).
Comme le rapport stœchiométrique molaire Rcs (O 2 /CH 4 ) vaut 2, la consommation stœchiométrique d’oxygène vaut 2 x 0,1 = 0,2 mol/s et celle d’air vaut 0,2*(1+k) = 0,2*4,76 = 0,952 mole/s.
Comme le rapport stœchiométrique molaire de la réaction d’oxydation, Ros (Bi/O 2 ) vaut 1,33, la consommation stœchiométrique de Bi vaut 1,33 x 0,2 = 0,266 mol/s, soit 55,6 g Bi/s, soit à peine 5,9 cm 3 /s de Bi liquide, du fait de la forte densité (9,5) de ce métal. Il faut donc que soit assurée une « rotation minimale » de Bi (agent R) dans la boucle d’oxydation 200 de 5,9 cm 3 /s, débit volumique particulièrement bas.
Comme le rapport stœchiométrique molaire de la réaction de réduction, Rrs (Bi 2 O 3 /CH 4 ) vaut 1,33, la consommation stœchiométrique de Bi 2 O 3 vaut 1,33 x 0,1 = 0,133 mol/s, la consommation stœchiométrique massique de borate de bismuth vaut 0,133 x 386,7 = 51,4 g/s, soit une « rotation minimale » de 51,4/7 = 7,3 cm 3 /s de borate de bismuth (agent O), débit volumique également faible.
Le dispositif est celui représenté sur la , avec un réservoir mono-compartiment.
La partie extérieure élastique 3 (c’est-à-dire la partie extérieure de contact) est dans cet exemple de réalisation sous la forme d’un caisson fermé de section rectangulaire. La partie extérieure élastique 3 comporte par exemple un fond de partie extérieure élastique 32 (c’est-à-dire un fond de partie extérieure de contact), de paroi latérale de partie extérieure élastique 33 ainsi qu’un chapeau de partie extérieure élastique 34. La partie extérieure élastique 3 a l’état terminé (voir par exemple les figures 2b, 2c) est complétement fermée en périphérie si on la considère selon la direction périphérique (U) qui entoure la direction axiale (A).
En principe, on peut également avoir d’autres sections pour la partie extérieure élastique 3 et aussi des formes dans lesquelles la partie extérieure élastique 3 est ouverte dans une large mesure, c’est-à-dire qu’elle n’est pas fermée sur elle-même (on a également par exemple des parois latérales de parois extérieures élastiques 33, qui sont ajourées ou un fond de partie extérieure élastique 32, ajouré ou un chapeau de partie extérieure élastique 34 ajouré).
La partie intérieure de contact 2 a un fond de partie intérieure de contact 22 qui fonctionne à la manière d’une lamelle de contact 8 l’élément de contact opposé 20, enfiché, venant en contact mécanique et électrique avec le fond de la partie intérieure de contact 22. La partie intérieure de contact 2 a en outre deux branches latérales 23 qui sont réalisées comme une paroi latérale de partie intérieure de contact, raccourcie dans la direction axiale (A) ainsi qu’une lamelle de contact 8 en porte-à-faux (dans cet exemple de réalisation) qui est reliée à l’une des entretoises latérales 23 et à une extrémité libre qui, en fin de fabrication du connecteur, est tournée vers l’élément de contact opposé 20. Dans la lamelle de contact 8 ainsi que dans le fond de la partie intérieur de contact 22, on a imprimé respectivement un point de contact 9 ; les deux points de contact 9 à l’état terminé du connecteur 1 sont tournés l’un vers l’autre et viennent en contact mécanique et électrique en un point défini avec l’élément de contact opposé 20, enfiché. Le fond de la partie intérieure de contact 22 et la lamelle de contact 8 qui correspond à un couvercle de partie intérieure de contact sont principalement réalisés dans la première matière M1.
A l’état terminé du connecteur (voir par exemple ), la partie intérieure de contact 2 et ici notamment la lamelle de contact 8, s’applique mécaniquement contre le côté intérieur 31 de la partie extérieure élastique 3. Cet appui se fait par exemple sur au moins 25% d’une longueur L de la partie intérieure de contact 2 dans la direction axiale A. De cette manière, la partie extérieure élastique 3 peut renforcer par sa seconde matière M2 mécaniquement plus stable, les caractéristiques mécaniques des éléments de la partie intérieure de contact 2 qui sont principalement réalisés dans la première matière M1.
Dans le présent exemple de réalisation, on peut utiliser comme première matière M1 un cuivre relativement économique qui garantit une excellente conductivité électrique. Comme la tenue mécanique est assurée par la partie extérieure élastique 3, on n’utilise pas d’alliages de cuivre spéciaux, coûteux.
Dans le présent exemple de réalisation, le connecteur 1 comporte uniquement à titre d’exemple, également une zone de raccordement 4 pour fixer une ligne électrique 6 ; la zone de raccordement 4 fait suite à la partie intérieure de contact 2 ; la zone de raccordement 4 est réalisée principalement avec la première matière M1 et la zone de raccordement 4 avec la partie intérieure de contact 2 et la partie extérieure élastique 3 sont réalisés dans une unique tôle 5 comme pièce emboutie et cintrée.
La ligne électrique 6, a par exemple une isolation 61, qui entoure un conducteur électrique 62. La ligne électrique 6 de cet exemple de réalisation peut être mise en contact ou reliée ou fixée au connecteur 1 par des pattes de sertissage d’isolation 42 et des pattes de sertissage conductrices 41 en contact ou reliées électriquement et mécaniquement au connecteur 1 ou fixées au connecteur 1.
Il existe également d’autres possibilités pour réaliser le contact électrique et mécanique, par exemple, par liaison bonding, brasure, soudure, découpe et serrage ou autres. Il est aussi possible de redisposer d’une zone de raccordement 4.
Dans cet exemple de réalisation, le connecteur 1 forme un contact à languette d’accrochage. Pour cela, la partie extérieure élastique 3 (ou partie extérieure de contact), comporte une languette d’accrochage 10 venant en saillie vers l’extérieur (ici de manière inclinée) et qui peut être déformée vers l’intérieur d’une manière élastiquement réversible ; la languette d’accrochage 10 est réalisée dans la seconde matière M2. La languette d’accrochage est réalisée, ici à titre d’exemple, sur le couvercle de partie extérieure élastique 34 ou est découpée, et emboutie dans celui-ci. On peut également prévoir plus d’une languette d’accrochage 10, par exemple, une autre languette d’accrochage 10 découpée, et emboutie, dans le fond de la partie extérieure élastique 32. La languette d’accrochage 10 permet de relier par accrochage primaire, le connecteur 1 par exemple dans une chambre de contact, non représentée ici, d’un connecteur ; pour cela, la languette d’accrochage 10 s’accroche par exemple derrière une contre dépouille de la chambre de contact. Cette réalisation de la languette d’accrochage 10 dans la seconde matière M2 permet d’avoir des forces de maintien primaires ou une force d’arrachage plus importantes pour le même dimensionnement par ailleurs, que cela serait possible avec une réalisation avec la première matière M1.
Dans d’autres formes de réalisation, on évite la lamelle d’accrochage 10. Dans d’autres formes de réalisation, par exemple, la partie extérieure élastique 3, a un évidement dans lequel vient un élément de ressort d’une pince de contact et accroche ainsi le connecteur par enfichage dans une chambre de contact d’un boîtier de connecteur, notamment par un accrochage primaire ; à la place d’un évidement, on peut avoir simplement une contre-dépouille. Également dans une telle forme de réalisation, il est avantageux que l’évidement (ou la contre-dépouille) soit prévu dans ou sur la partie extérieure de la partie 3 ou partie extérieure de contact et notamment être réalisé avec la seconde matière M2 car pour des dimensions par ailleurs identiques, on aura une meilleure stabilité mécanique qu’avec la première matière M1.
La montre comment est réalisé le connecteur 1 après avoir fourni la tôle 5 dans une première étape et avoir découpé dans une autre étape, les éléments du connecteur 1, comme déjà décrit, dans la tôle 5 ; on a en outre uniquement à titre d’exemple une lamelle de contact 8 mise dans sa forme élastique et dont on a imprimé les points de contact 9 dans la tôle. A la , la platine d’emboutissage 70 est encore pratiquement une tôle sous une forme à deux dimensions. La tôle 5 ou le ruban de métal de la platine d’emboutissage 70 comporte deux zones en différentes matières, la première matière M1 et la seconde matière M2 reliées entre-elles de manière inséparable (c’est-à-dire qui ne peuvent être séparées sans destruction), par exemple obtenues par un procédé de coulée ou un procédé de soudage ou un procédé d’impression ou un procédé de collage.
Dans une autre étape 200, on replie dans cet exemple de réalisation, la partie extérieure élastique 3, découpée, ici selon la ligne de pliage 50 qui passe transversalement à la direction axiale (A) et elle est sensiblement appliquée contre l’arête de jonction entre les deux matières M1, M2. Le pliage se fait ici sur environ 108° de sorte que la forme d’emboutissage de la partie extérieure élastique 3 (ou de la partie extérieure de contact 3), viennent au voisinage de la forme d’emboutissage de la partie intérieure de contact 2. Dans une autre étape, à titre d’exemple, la partie extérieure élastique 3 est déformée sensiblement ou exactement parallèlement à la direction axiale (A) pour former un caisson ; le pliage se fait de façon que la partie intérieure de contact 2 soit radialement à l’intérieur de la partie extérieure élastique 3. De cette manière, dans cette succession d’étapes données uniquement à titre d’exemple, on entoure la partie intérieure de contact 2 avant la partie extérieure élastique 3 qui est principalement réalisée dans la seconde matière M2 plus solide. La lamelle d’accrochage 10 peut être réalisée avant l’étape 200 du premier pliage dans la platine d’emboutissage.
On peut également avoir d’autres motifs d’emboutissage ou de succession d’étapes de pliage par exemple, on cintre d’abord la partie intérieure de contact 2 puis la partie extérieure élastique 3 que l’on replie et dans une autre étape, on replie la partie intérieure de contact 2 dont le pliage et le cintrage sont déjà terminés.
Le choix des matières données ci-dessus à titre d’exemples, ne constitue pas une caractéristique essentielle de l’invention ; on peut en principe, également, envisager d’autres paires de matières dans la mesure où la seconde matière M2 a un module de cisaillement qui est au moins égal a 1,5 fois celui de la première matière M1 et à condition que la seconde matière M2 a un module d’élasticité qui est au moins 1,5 fois celui de la première matière M1. On peut par exemple prévoir de choisir la première matière M1 par exemple dans le groupe comprenant : suivre, alliage de cuivre, aluminium, alliage d’aluminium, argent, alliage d’argent, or, alliage d’or. En variante ou en plus, on peut choisir par exemple, la seconde matière M2 dans le groupe suivant : acier, acier à ressort, fer.
On peut, en outre, prévoir sur le connecteur 1 également au moins une patte de codage ou au moins une rampe d’engagement (par exemple à l’extrémité avant tournée vers l’élément de contact opposé 20). De tels éléments sont formés de préférence dans la seconde matière M2 car celle-ci est mécaniquement plus solide.
On peut également réaliser la partie extérieure élastique 3 partiellement avec la première matière M1. Cela peut s’envisager par exemple dans une zone de pliage 7 dans laquelle la partie extérieure élastique 3 est reliée à la partie intérieure de contact 2. Une telle zone de pliage 7 peut s’étendre dans une zone allant jusqu’à 3 mm de préférence au plus jusqu’à 2 mm et d’une manière particulièrement préférentielle au plus jusqu’à 1 mm et en outre, de façon préférentielle, au plus jusqu’à 0,5 mm, par exemple 0,1 mm ou 0,2 mm ou 0, 3 mm ou 0,5 mm autour de l’arête de jonction des deux matières M1, M2.
Pour cela, l’atmosphère du réservoir est reliée à un circuit 106 d’alimentation en gaz inerte tel que vapeur d’eau ou azote. Ce circuit de gaz inerte 106 comprend un conduit 108 qui amène ledit gaz inerte vers le réservoir 100 et qui est doté d’une vanne 107 d’arrivée de ce gaz et un conduit 109 qui extrait ledit gaz inerte du réservoir 100 et qui est doté d’une vanne 110.
Dans le cas d’un réservoir à plusieurs compartiments, les ponts P-A permettent d’égaliser les pressions des atmosphères des différents compartiments.
De façon préférentielle, le circuit d’inertage 106 comprend aussi un ou plusieurs détecteur(s) 111 de CO 2 , de CO ou d’hydrocarbures et un ou plusieurs détecteur(s) 112 d’O 2 qui sont implantés de préférence en aval de la vanne 110 mais peuvent l’être aussi, par exemple, au niveau de différents ponts P-A.
Le procédé d’utilisation du dispositif de combustion selon ce quatrième mode de réalisation comprend les étapes décrites plus haut, ainsi qu’une étape de balayage par le gaz inerte de l’atmosphère du ou des compartiments du réservoir 100.
De façon préférentielle, on surveille l’apparition d’éventuelles fuites gazeuses des boucles d’oxydation grâce au détecteur 112 de O 2 et d’éventuelles fuites des boucles de réduction grâce au détecteur 111.
De façon également préférentielle, le procédé comprend une opération additionnelle consistant à pressuriser le réservoir 100, par exemple en fermant partiellement la vanne 110, de façon que la pression de l’atmosphère du réservoir 100 excède, par exemple de quelques décibars, celles qui règnent dans les pots séparateurs 208 et 308.
La création d’une telle surpression a deux effets favorables. Premièrement, elle réduit encore le risque de fuite des effluents gazeux (notamment de l’effluent CO 2 /H 2 O pouvant contenir des traces d’hydrocarbures), depuis les boucles vers l’atmosphère du compartiment ou du réservoir. De plus, elle provoque une montée des liquides dans les dispositifs de séparation 208, 308 depuis les niveaux 218, 318 jusqu’aux niveaux 219, 319, ceci sans accroître la charge des dispositifs d’injection. Du fait de cette surélévation de ces deux niveaux, les volumes des deux émulsions gaz/liquide dans les dispositifs de séparation 208, 308 augmentent, leur temps de séjour dans ces pots en sont donc accrus, ce qui favorise la complétion des réactions respectives.
Fonctionnement sous pression Dans un cinquième mode de réalisation de l’invention, on maintient l’ensemble du dispositif, à savoir l’atmosphère du réservoir, le liquide qu’il contient et conséquemment les fluides qui l’alimentent, à une pression supérieure à celle qui prévaut à « l’extérieur du dispositif » c'est-à-dire au-delà des évents 210 et 310 respectivement.
Le niveau de pression susceptible d’être utilisé dans ce cinquième mode de réalisation est substantiellement supérieur à celui de la surpression entre le réservoir et les pots séparateurs 208 et 308, telle que décrite précédemment, et peut atteindre plusieurs bars voire plusieurs dizaines de bars. Cette mesure permet de minimiser le volume des gaz mis en œuvre et par conséquent le volume et la surface au sol de l’installation, Un autre effet positif est que les effluents gazeux riches en N 2 et en CO 2 /H 2 O sont alors disponibles sous-pression au niveau des évents 210 et 310 et peuvent produire de l’énergie mécanique ou électrique en entraînant par exemple une turbine de détente.
Les dispositifs et procédés de combustion en milieu liquide selon l’invention offrent les avantages suivants par rapport aux techniques existantes.
Sur le plan de la simplicité, le fonctionnement en continu est particulièrement simple puisqu’il suffit d’imposer des débits d’air et de combustible essentiellement proportionnés entre eux. De plus, on peut assurer la production d’une puissance thermique continue et constante en choisissant simplement un débit de combustible correspondant à cette puissance et en prenant un débit d’air proportionné à ce dernier.
Sur le plan de la sûreté, les boucles d’oxydation 200 et de réduction 300 constituent des circuits disjoints et étanches vis-à-vis des gaz. On peut installer une boucle d’oxydation et une boucle de réduction dans un même réservoir 100. Dans ce dispositif, l’effluent N 2 présent dans le premier dispositif de séparation 208, ne peut descendre dans le conduit de décharge 213 et refluer vers le liquide, car ce conduit agit comme une garde hydraulique. Le gaz moteur du premier dispositif d’injection 205 ne peut pas descendre dans le liquide à travers la première entrée 202 car le jet gazeux est orienté vers le haut et la force d’Archimède l’entraîne également vers le haut. Pour la même raison, il n’y a pas de risque de reflux de l’effluent CO 2 /H 2 O, ni du combustible vers le liquide.
Sur le plan de l’efficacité, les débits d’air et de combustible doivent correspondre à la puissance thermique visée. Ceci est requis pour assurer une marche continue du dispositif à ladite puissance. Pour réaliser cette condition, à l’aide des vannes 207, 307, on ajustera les débits d’alimentation en fluides moteurs des dispositifs d’injection 205, 305 en fonction de la puissance visée et du type de dispositifs d’injection (gas lift ou éjecteur) utilisé. On fixera d’abord le débit de combustible qui détermine la puissance thermique voulue, puis le débit d’air proportionné.
De plus, le contact entre chaque fluide moteur et l’agent oxydant ou réducteur correspondant doit être suffisamment intime et long pour que les cinétiques des deux réactions soient rapides. En choisissant un dispositif d’injection 205, 305 soit de type gas lift soit de type éjecteur, et en jouant sur leur géométrie, on peut obtenir des bulles de fluides et donc des émulsions plus ou moins fines. En outre, en modifiant la longueur des conduits 201, 301 et les volumes des dispositifs de séparation 208, 308, on peut moduler les temps de contact gaz/liquide en fonction de la réactivité chimique entre air et réducteur, respectivement entre combustible et oxydant.
Le double bouclage du liquide doit être rapide, ce qui est nécessaire pour assurer l’excès de réducteur et d’oxydant respectivement par rapport à l’air et au combustible et pour garder une température uniforme au sein du liquide. En effet, les chaleurs des réactions d’oxydation et de réduction étant a priori différentes, les températures des liquides aux sorties 216, 316 des boucles peuvent être très différentes et créer des hétérogénéités de composition voire des points chauds indésirables au sein du liquide. Pour réaliser cette condition, les deux boucles sont à « circulation rapide » comme décrit précédemment, les mouvements de convection et les turbulences causées par ces circulations rapides assurant l’homogénéisation du liquide. Dans le cas de liquides visqueux, c'est-à-dire, par exemple, de viscosité supérieure à 50 cSt (centistokes), on choisira un éjecteur plutôt qu’un gas lift et de préférence un éjecteur dont la géométrie de venturi assure une forte dépression d’aspiration du liquide.
Sur le plan de la fiabilité du fonctionnement en continu, du fait de leur mode de fonctionnement entièrement hydraulique, les dispositifs d’injection ne comportent aucune pièce rotative susceptible d’usure ou de rupture en milieu « hostile » ce qui est un facteur-clef de fiabilité.