Brevet FR2722532A1 — publié le 19960119

" Soupape de recyclage des gaz d'échappement ". L'invention concerne une soupape de recyclage de gaz d'échappement avec une chemise de soupape disposée dans un canal d'aspiration, guidant les gaz d'échappement. sou- pape caractérisée en ce qu'à la chemise de soupape sont as- sociés des moyens, qui permettent d'avoir un refroidis- sement de la chemise de soupape en particulier dans une zone de contact comprise entre la chemise de soupape et le canal d'aspiration. Etat de la technique: Il est connu, dans les véhicules à moteur, en particulier dans les véhicules à moteur, qui utilisent comme moteur à combustion interne un moteur Diesel, d'em- ployer des soupapes de recyclage des gaz d'échappement. Celles-ci servent à mélanger à l'air d'aspiration du moteur à combustion interne des gaz d'échappement du moteur à com- bustion interne, pour réduire de cette façon la teneur en oxygène de l'air aspiré. En conséquence, on peut obtenir une réduction du protoxyde d'azote qui se dégage lors du processus de combustion, de telle sorte que soit réduite l'émission de matières polluantes par le véhicule à moteur. Dans le cas des soupapes connues de recyclage des gaz d'échappement, on a toutefois l'inconvénient que les gaz d'échappement recyclés présentent des températures d'envi- ron 400 C, si bien que le canal d'aspiration qui amène l'air d'aspiration au moteur à combustion interne doit être réalisé en un matériau résistant à la chaleur. Habituelle- ment on utilise pour cela des pièces en fonte. Celles-ci sont toutefois relativement compliquées à fabriquer, car pour chaque type de moteur à combustion interne, il est né- cessaire d'avoir une forme différente pour les canaux d'as- piration. Il en résulte des coûts supplémentaires pour la fabrication des canaux d'aspiration en pièces moulées en fonte. Du fait de la température élevée lors du recyclage des gaz d'échappement, il n'est pas possible d'utiliser pour les canaux d'aspiration des pièces injectées en ma- tière plastique qui sont simples et économiques à fabri- quer. Avantages de l'invention: La soupape de recyclage des gaz d'échappement, selon l'invention, est caractérisée en ce qu'à la chemise de soupape sont associés des moyens, qui permettent d'avoir un refroidissement de la chemise de soupape en particulier dans une zone de contact comprise entre la chemise de sou- pape et le canal d'aspiration. Par rapport à l'état de la technique, la soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'invention, pré- sente l'avantage qu'il est possible d'utiliser des pièces bon marché en matière plastique dans le cas de l'emploi d'un recyclage des gaz d'échappement. Grâce au fait qu'à la chemise de la soupape de recyclage des gaz d'échappement on associe des moyens, qui permettent d'avoir un refroidisse- ment de la chemise de soupape, en particulier dans la zone de contact comprise entre la chemise de soupape et le canal d'aspiration, on peut refroidir des zones particulièrement critiques de ceux-ci d'une manière telle que l'utilisation de matières plastiques soit possible. Pour cela, on peut fabriquer les canaux d'aspiration d'une manière simple sous forme de pièces injectées en matière plastique, ce qui sim- plifie sensiblement l'emploi de pièces ayant les géométries les plus différentes dans le cas des différents types de moteurs à combustion interne. Dans une configuration avantageuse de l'inven- tion, on a prévu que la chemise de soupape en dehors du ca- nal d'aspiration soit entourée par une bride susceptible de bien conduire la chaleur, bride qui sert de moyen de fixa- tion de la chemise de soupape sur le canal d'aspiration. De cette façon, il est possible d'une manière avantageuse d'évacuer la chaleur apportée par les gaz d'échappement au moyen de la chemise de soupape sur la bride, de telle sorte que celle-ci puisse rayonner à cet endroit par une grande surface. De cette façon on évite que les pièces en matière plastique du canal d'aspiration soient sollicitées par une température élevée, car celle-ci a déjà été abaissée par le rayonnement de la chaleur en-dessous d'une valeur critique. Dans une autre configuration avantageuse de l'in- vention, on a prévu que la chemise de soupape présente du côté de l'aspiration au moins un élément de guidage de l'air, qui provoque une déviation d'un flux partiel d'air d'aspiration vers une surface de contact entre la douille de soupape et le canal d'aspiration. De cette façon, on provoque additionnellement un refroidissement de la zone critique de contact entre la chemise de soupape sollicitée par les gaz brûlants d'échappement et le canal d'aspira- tion, de telle sorte que l'énergie calorifique en excès, qui n'a pas été rayonnée par la bride de fixation, puisse être absorbée par le flux partiel d'air et évacuée de la chemise de soupape. De cette façon, on empêche de façon sûre un dépassement d'une température critique pour la ma- tière plastique du canal d'aspiration. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - la chemise de soupape est entourée, en dehors du canal d'aspiration, par une bride qui conduit bien la chaleur et qui sert de moyen de fixation de la chemise de soupape sur le canal d'aspiration; - la bride et la chemise de soupape ne possèdent qu'une petite surface de contact avec le canal d'aspira- tion; - la bride présente un épaulement annulaire de grande surface, qui sert de surface de rayonnement. du côté de l'aspiration au moins un élément de guidage de l'air qui provoque une déviation d'un flux par- tiel d'air vers la surface de contact comprise entre la chemise de soupape et le canal d'aspiration; - l'élément de guidage de l'air est une aile di- rigée en sens contraire de l'écoulement de l'air d'aspira- tion, qui entoure au moins en forme de demi cercle la chemise de soupape; - l'aile présente une forme qui optimise l'écou- lement; - l'aile présente une surface de déflexion pour le flux partiel d'air; - l'élément de guidage de l'air est formé par un prolongement d'une zone de paroi du canal d'aspiration; - le prolongement entoure la chemise de soupape et constitue un espace annulaire qui est en liaison par au moins une ouverture de passage avec le canal d'aspiration; - la chemise de soupape présente dans le sens axial une section de plus petit diamètre qui passe à tra- vers la zone de paroi du canal d'aspiration; - la zone de paroi constitue un ajutage qui pos- sède un diamètre intérieur plus grand qu'un diamètre exté- rieur de la section de la chemise de soupape; - entre l'ajutage et la section constitue une chambre annulaire qui est en liaison avec le canal d'aspi- ration. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de plusieurs modes de réa- lisation représentés sur les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une vue d'un moteur à com- bustion interne avec recyclage des gaz d'échap-pement; - la figure 2 montre une représentation en coupe d'une soupape de recyclage des gaz d'échappement dans un premier mode de réalisation; - la figure 3 montre une représentation en coupe d'une soupape de recyclage des gaz d'échappement dans une autre réalisation. Description des exemples de réalisation: La figure 1 montre schématiquement le mode de fonctionnement d'une soupape de recyclage des gaz d'échap- pement 10. On a représenté la chambre d'un cylindre 12 d'un moteur à combustion interne. La chambre de cylindre est d'une part reliée à un canal d'aspiration 14 et d'autre part à un canal d'échap-pement 16. Le canal d'aspiration 14 ou le canal d'échappement 16 sont reliés d'une manière con- nue de façon générale par des soupapes 18 à la chambre de cylindre 12. A partir du canal d'échappement 16 une dériva- tion 20 conduit au canal d'aspiration 14. Dans cette déri- vation 20 est disposée la soupape 10 de recyclage des gaz d'échappement, qui peut de cette façon ouvrir ou fermer la liaison de la dérivation 20 qui va au canal des gaz d'échappement 14. La soupape de recyclage des gaz d'échap- pement 10 est commandée par un relais pneumatique 22, qui relie une source de vide 24 à un moyen de commande 26 de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 10. Le relais pneumatique 22 est commandé par un appareil de commande 28, qui est relié à une pompe d'injection 30 et à une pédale d'accélérateur 32 du véhicule à moteur non représenté. Pen- dant le fonctionnement du moteur à combustion interne, on aspire de l'air frais 14 par le canal d'aspiration 14, air dans lequel on injecte du carburant et qui entre dans la chambre de cylindre quand la soupape 18 est ouverte. A cet endroit a lieu le processus de combustion qui est connu de façon générale et en conséquence quand la seconde soupape 18 est ouverte les gaz d'échappement sont expulsés via le canal de gaz d'échappement 16. En particulier dans le cas de moteur Diesel, les gaz d'échappement contiennent une fraction de protoxyde d'azote, qui cause une pollution de l'environnement. Une partie des gaz d'échappement est amenée via la dérivation à la soupape de recyclage des gaz d'échappement 10, les gaz d'échappement présentant ici une température d'environ 400 C. En fonction de la conduite du moteur et de l'état de fonctionnement du véhicule à moteur, par exemple de la vi- tesse de rotation de la température de l'agent de refroi- dissement, de la pression d'admission, on établit une impulsion de commande pour le relais pneumatique 22, qui actionne de cette façon le moyen de commande 26 de la sou- pape de recyclage des gaz d'échappement 10. En conséquence, la soupape de recyclage des gaz d'échappement 10 s'ouvre et établit une liaison entre la dérivation 20 et le canal d'aspiration 14, de telle sorte que l'on puisse mélanger à de l'air frais, via la dérivation 20, un flux partiel de gaz d'échappement. De cette façon on réduit la teneur en oxygène de l'air frais, de telle sorte que lors du proces- sus de combustion il se forme une moindre quantité de pro- toxyde d'azote. De cette façon a lieu une moindre pollution de l'environnement. A la figure 2, on a représenté une vue en coupe d'une soupape de recyclage des gaz d'échap-pement 10. La soupape de recyclage des gaz d'échap-pement présente une chemise 34, qui passe à travers une paroi 36 du canal d'as- piration 14. La paroi 36 peut dans ce cas faire directement partie du canal d'aspi-ration 14, mais elle peut toutefois être ajustée aussi comme chemise séparée dans un canal d'aspiration 14. Dans ce cas des deux côtés de la paroi dé- signée ici par la référence 36 se raccorderaient une zone 38, située du côté de l'air frais et une zone 40, située du côté du moteur, du canal d'aspiration 14. La chemise de soupape 34 possède une section dia- métrale plus grande 42 et une section diamétrale plus pe- tite 44, qui passent de l'une à l'autre par un étage annulaire 46. La paroi 36 présente un ajutage 48 à travers lequel on fait passer la chemise de soupape 36. La section 42 de la chemise de soupape 34 est entourée d'une bride 50 qui est fixée sur l'ajutage 48. La bride 50 maintient de cette façon la chemise de la soupape 34 dans une position fixe. Entre la chemise de la soupape 34, en particulier la section 42 et la bride 50, on a constitué une grande sur- face 52, qui a pour rôle d'une part d'assurer une fixation suffisante de la chemise de soupape 34 et d'autre part d'offrir une grande surface pour le transfert de la cha- leur. La bride 50 est réalisée en une matière conduisant bien la chaleur, par exemple de l'aluminium et possède un épaulement annulaire 51 ayant une grande surface. Entre la section 42 et l'ajutage 48, il y a seulement une surface de contact relativement petite 54, de telle sorte qu'ici on ne dispose pas d'une grande surface de transfert de chaleur. Un diamètre intérieur de l'ajutage 48 est plus grand qu'un diamètre extérieur de la section 44 de la chemise de sou- pape 34, dont le diamètre est le plus petit, de telle sorte que l'on constitue une chambre annulaire 56 dans la zone de l'ajutage 48. La chambre annulaire 56 est en liaison avec le canal d'aspiration 14. Sur la paroi intérieure de l'aju- tage 48, on a disposé un élément de guidage de l'air 58, qui est constitué comme une aile 60. L'aile 60 entoure la chemise de la soupape 34 dans sa section 44 au moins jus- qu'à un axe 62 de la chemise de soupape 34. L'aile 60 est dans ce cas constituée de façon à optimiser l'écoulement. L'aile 60 s'étend à peu près en parallèle à un axe 64 du canal d'aspiration 14 et se termine à peu près dans la zone de l'axe 62 de l'ajutage 48. Dans ce cas l'aile 60 consti- tue une surface de déflexion 66. On guide par l'aile 60 et sa surface de déflexion 66 un flux partiel d'air frais, qui passe dans le canal d'aspiration 14 et qui est ici caracté- risé par les flèches 68, dans la chambre annulaire 56. Le flux partiel d'air 68 balaie la section 44 de la chemise de soupape 34 et sort alors de la chambre annulaire 56 pour entrer de nouveau dans le canal d'aspiration. Du côté de la bride, on peut raccorder à la chemise de soupape 34 la dé- rivation 20 représentée à la figure 1. Du côté du canal d'aspiration 14 la chemise de soupape 34 est fermée par une tête de soupape 70, qui est reliée au moyen d'une tige de soupape 72 à une membrane 74 d'une capsule métallique 76. La capsule métallique 76 constitue dans ce cas le moyen de commande 26 représenté à la figure 1. On peut déplacer axialement la membrane 74 à l'encontre de la force d'un ressort 78. Le ressort 78 s'appuie dans ce cas sur un cou- vercle de membrane 80. La tige de soupape 72 est reliée à un disque de membrane 82, qui porte la membrane 74. La tige de soupape 72 est montée à travers un manchon 84 et est guidée dans celui-ci de façon étanche et mobile. La soupape de recyclage 10 représentée à la fi- gure 2 assume les fonctions suivantes: Quand le moteur à combustion interne, qui n'est pas représenté, est en fonctionnement, la chemise de sou- pape 34 est via la dérivation 20 sollicitée en permanence par des gaz d'échappement, qui présentent une température d'environ 400 C. Si l'on doit ajouter des gaz d'échappement à l'air frais qui s'écoule dans le canal d'aspiration 14, la capsule métallique 76 est reliée à la source de vide 24, de telle sorte que la membrane 74 est déplacée à l'encontre de la force du ressort 78. La tête de soupape 70 s'ouvre en même temps, de telle sorte qu'il y ait une liaison entre la chemise de soupape 44 et le canal d'aspiration 14. En fonc- tion du degré d'ouverture et/ou de la durée de l'ouverture de la tête de soupape 70, on peut mélanger une quantité dé- terminée que l'on peut choisir de gaz d'échappement à l'air frais. Alors que la capsule métallique 76 est séparée de la source de vide 24, le ressort 78 comprime la membrane 74 dans le sens axial, de telle sorte que la tête de soupape ferme la chemise de soupape 34 à nouveau. Les gaz d'échappement brûlants, qui atteignent environ 400 C cèdent leur énergie calorifique en grande partie à la chemise de soupape 34. Au moyen de la surface de contact 52, on dévie une grande partie de la chaleur sur la bride 50. Celle-ci présente une grande surface de rayon- nement, de telle sorte que la chemise de soupape 34 peut extraire de façon continue de l'énergie calorifique des gaz d'échappement. Entre le flux partiel d'air 68, qui présente une température plus basse, à savoir la température de l'air frais, est dirigé autour de la section 44 de la che- mise de soupape 34, de telle sorte que celle-ci évacue en grande partie la chaleur résiduelle de la chemise de sou- pape 34. De cette façon, la chemise de soupape 34, en par- ticulier quant à sa surface de contact 54, est refroidie par la section de paroi 36 qui est réalisée en matière plastique jusqu'à ce que la chemise de soupape présente à cet endroit une température, qui se trouve en dessous d'une température critique, en particulier en dessous d'une tem- pérature de fusion de la matière plastique utilisée. De cette façon, on peut malgré les gaz d'échappement fabriquer la section de paroi 36 ou l'ensemble du canal de gaz d'échappement 14 sous la forme d'une pièce injectée en ma- tière plastique que l'on peut produire de façon économique, sans qu'il survienne d'éventuelles déformations et que la soupape de recyclage des gaz d'échappement 10 en soit af- fectée. A la figure 3, on a représente une soupape de re- cyclage de gaz d'échappement 10 selon une autre variante de réalisation. Les mêmes parties qu'à la figure 2 sont pour- vues par les mêmes références numériques et ne seront pas à nouveau décrites. Dans l'exemple de réalisation ici repré- senté l'élément de guidage de l'air 58 est formé par un prolongement en forme de manchon 86 de l'ajutage 48, qui entoure la section 44 de la chemise de soupape 34. Entre le prolongement 86 et la chemise de soupape 34, on a constitué dans ce cas un espace annulaire 88. L'espace annulaire 88 est en liaison par au moins une ouverture de passage 90 avec le canal d'aspiration 14. Dans ce cas au moins une ou- verture de passage 90 est orientée en direction de la zone 38 et au moins une ouverture de passage 90 est orientée en direction du canal d'aspiration 14. Le fonctionnement de la soupape de recyclage des gaz d'échappement représentée à la figure 3 est le même que celui décrit à la figure 2 et ne sera pas à nouveau présen- té ici. En plus du refroidissement également présenté à la figure 2 au moyen de la bride 50, on a prévu ici un refroi- dissement additionnel par le flux partiel d'air, d'une ma- nière telle que ce flux entre dans l'espace annulaire 88 à travers l'ouverture de passage 90 orientée en direction de la zone 38 du canal d'aspiration 14. A cet endroit, le flux partiel d'air balaie la section 44 de la chemise de soupape 34 et refroidit celle-ci de cette façon davantage par en dessous. A travers l'ouverture de passage 90 orientée en direction de la zone 40, le flux partiel d'air 68 sort de nouveau dans le canal d'aspiration 14. Au total la tempéra- ture de la chemise de soupape 34 peut être abaissée dans la zone critique de contact entre la chemise de soupape 34 et la paroi 36 jusqu'à ce qu'il ne puisse pas se produire un endommagement thermique de la matière plastique. L'invention ne se limite pas aux exemples de réa- lisation représentés. C'est ainsi que l'on peut imaginer n'importe quelle configuration des éléments de guidage de l'air, qui dévie un flux partiel d'air 68 du flux complet Il d'air frais et utiliser ce flux partiel pour refroidir la zone de passage entre la chemise de soupape 34 et la zone de paroi 36. En particulier, on peut pratiquer n'importe quelles modifications de forme sur la paroi intérieure de la zone de paroi 36. En plus ou même de façon exclusive, on peut avoir la disposition de la bride 50 ou une disposition correspondant à celle-ci, qui d'une part possède une grande surface de contact avec la chemise de soupape 34 et d'autre part une grande surface de rayonnement, telle que l'on puisse avoir une évacuation suffisante de chaleur à partir des gaz d'échappement. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Soupape de recyclage de gaz d'échappement avec une chemise de soupape disposée dans un canal d'aspi- ration, guidant les gaz d'échappement, soupape caractérisée en ce qu'à la chemise de soupape (34) sont associés des moyens, qui permettent d'avoir un refroidissement de la chemise de soupape (34), en particulier dans une zone de contact comprise entre la chemise de soupape (34) et le ca- nal d'aspiration (14). 2 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chemise de soupape (34) est entourée, en dehors du canal d'aspira- tion (14), par une bride (50), qui conduit bien la chaleur et qui sert de moyen de fixation de la chemise de soupape (34) sur le canal d'aspiration (14). 3 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bride (50) et la chemise de soupape (34) ne pos- sèdent qu'une petite surface de contact (54) avec le canal d'aspiration (14). 4 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bride (50) présente un épaulement annulaire (51) de grande surface, qui sert de surface de rayonnement. 5 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que du côté de l'aspiration au moins un élément de gui- dage de l'air (58), qui provoque une déviation d'un flux partiel d'air (68) vers la surface de contact (54) comprise entre la chemise de soupape (34) et le canal d'aspiration (14). 6 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement, selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément de guidage de l'air (58) est une aile (60) dirigée en sens contraire de l'écoulement de l'air d'aspiration, qui en- toure au moins en forme de demi cercle la chemise de sou- pape (34). 7 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'aile (60) présente une forme qui optimise l'écoulement. 8 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que l'aile (60) présente une surface de déflexion (66) pour le flux partiel d'air (68). 9 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractéri- sée en ce que l'élément de guidage de l'air (58) est formé par un prolongement (86) d'une zone de paroi (36) du canal d'aspiration (14). 10 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon la revendication 9, caractérisée en ce que le prolon- gement (86) entoure la chemise de soupape (34) et constitue un espace annulaire (88), qui est en liaison par au moins une ouverture de passage (90) avec le canal d'aspiration (14). 11 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon l'une des revendications précé-dentes, caractérisée en ce que la chemise de soupape (34) présente dans le sens axial une section de plus petit diamètre (44), qui passe à travers la zone de paroi (36) du canal d'aspiration (14). 12 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon la revendication 11, caractérisée en ce que la zone de paroi (36) constitue un ajutage (48), qui possède un diamètre intérieur plus grand qu'un diamètre extérieur de la section (44) de la chemise de soupape (34). 13 ) Soupape de recyclage des gaz d'échappement selon les revendications 11 et 12, caractérisée en ce qu'entre l'ajutage (48) et la section (44) on constitue une chambre annulaire (56), qui est en liaison avec le canal d'aspiration (14).