Brevet FR2785947A1 — publié le 20000519

Ligne d'échappement des gaz pour moteur de véhicule automobile La présente invention concerne une ligne d'échappement des gaz pour moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement une telle ligne d'échappement comprenant des moyens de récupération de chaleur sur les gaz d'échappement, des moyens de dérivation desdits moyens de récupération de chaleur, et des moyens de sélection pour sélectivement diriger les gaz d'échappement vers lesdits moyens de récupération de chaleur ou vers lesdits moyens de dérivation. On connaît des systèmes de récupération de chaleur sur les gaz d'échappement, encore appelés EHRS, abréviation de l'expression anglaise"Exhaust Heat Recovery System". Le principe de fonctionnement de ces systèmes consiste, en phase de démarrage à froid, à dériver les gaz d'échappement vers un échangeur de chaleur où il perdent des calories au profit de l'eau de refroidissement du moteur, puis sur une vanne qui provoque une contre-pression à l'échappement. La contre-pression provoque une élévation de la température d'échappement et permet donc de récupérer davantage de chaleur dans l'échangeur. Un tel système est particulièrement utile dans les moteurs suralimentés à injection directe, dans les moteurs à essence à injection directe, ou encore dans les moteurs à essence à mélange pauvre. On constate en effet, dans tous les cas précités, que la chaleur récupérée sur le moteur est insuffisante pour assurer un chauffage convenable de l'habitacle. Ce système nécessite deux moyens d'obturation des conduits d'échappement, généralement constitués par des vannes. Une première vanne sert à la dérivation des gaz d'échappement, tandis qu'une deuxième vanne possède deux fonctions. Une première fonction est de générer la contre-pression précitée qui permet, lors d'un démarrage à froid, d'augmenter artificiellement la charge du moteur et donc de réduire la durée de sa phase de montée en température. Une deuxième fonction de cette deuxième vanne est d'empcher un passage des gaz d'échappement dans l'échangeur lors de conditions de fonctionnement critiques, car la charge thermique supplémen- taire délivrée sur le circuit d'eau de refroidissement dans de telles conditions nécessiterait un surdimensionnement du radiateur de refroidissement. La présente invention vise à fournir une ligne d'échappement du type ci-dessus, mais ne comportant qu'une seule vanne ou, plus généralement, que les moyens de sélection précités, et non pas les moyens de génération de contre-pression de l'art antérieur. A cet effet, 1'invention a pour objet une ligne d'échappement des gaz pour moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant des moyens de récupération de chaleur sur les gaz d'échappement, des moyens de dérivation desdits moyens de récupération de chaleur, et des moyens de sélection pour sélectivement diriger les gaz d'échappement vers lesdits moyens de récupération de chaleur ou vers lesdits moyens de dérivation, ladite ligne d'échappement comprenant en outre des moyens d'équilibrage de pressions agencés pour équilibrer les pressions en amont et en aval des moyens de récupération de chaleur. Ainsi, dans un mode de démarrage à froid, les moyens de sélection ferment la dérivation. Les gaz d'échappement passent alors par les moyens de récupération de chaleur et transfèrent leur chaleur à l'eau de refroidissement, ce qui améliore la montée en température du moteur et de l'habita- cle. En fonctionnement normal, les moyens de sélection ouvrent la dérivation et les moyens d'équilibrage de pressions, en équilibrant les pressions, assurent que le débit de gaz qui traverse les moyens de récupération de chaleur est négligeable. Dans ces conditions, aucune quantité de chaleur n'est donc transférée de l'échappement vers le circuit d'eau de refroidissement. Dans une première forme de réalisation de l'invention, les moyens d'équilibrage de pressions comprennent des moyens déflecteurs situés au moins au voisinage de l'extrémité amont desdits moyens de dérivation. Selon un mode de réalisation particulier, la ligne d'échap- pement comprend en outre des moyens déflecteurs situés au voisinage de l'extrémité aval desdits moyens de dérivation. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, les moyens d'équilibrage de pressions comprennent une chambre située à l'extrémité aval des moyens de dérivation. On décrira maintenant, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation particuliers de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : -la figure 1 représente une ligne d'échappement des gaz selon une première forme de réalisation de l'invention, en mode de démarrage à froid ; -la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 en mode de fonctionnement normal ; -la figure 3 est une vue à plus grande échelle du détail III de la figure 2, dans laquelle on a représenté les lignes de courant des gaz d'échappement ; et -la figure 4 représente une ligne d'échappement des gaz selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, en mode de démarrage à froid. On voit sur les figures 1 et 2 un moteur thermique 1 à combustion interne, par exemple un moteur diesel ou essence à injection directe. Une canalisation 2 relie le collecteur d'échappement du moteur 1 à l'entrée d'un pot d'échappement, non représenté. Une vanne 3, ici une vanne papillon, est interposée sur la canalisation 2. Un conduit 4 est connecté à la canalisation 2 de part et d'autre de la vanne 3. Un échangeur de chaleur 5 est disposé sur le conduit 4. L'échangeur de chaleur 5 est ici un échangeur gaz/eau, le fluide de refroidissement étant le liquide de refroidissement du moteur utilisé par ailleurs dans un autre échangeur de chaleur eau/air, en vue du chauffage de l'habitacle du véhicule. On voit sur les figures 1 et 2 les conduits 6 et 7 d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement dans l'échangeur 5. Selon l'invention, deux déflecteurs 8 et 9 sont disposés aux extrémités respectivement amont et aval du conduit 4, à ses embranchements avec la canalisation 2. Le déflecteur 8 est agencé pour forcer le courant de gaz d'échappement en provenance du collecteur d'échappement du moteur vers la dérivation de l'échangeur 5 contenant la vanne 3, lorsque cette dernière est ouverte. Ce faisant, le déflecteur 8 crée une dépression 10 à l'entrée du conduit 4. De mme, le déflecteur 9 est agencé de manière à créer une dépression 11 à la sortie du conduit 4. Les déflecteurs sont calibrés de manière que les pressions en amont et en aval de l'échangeur 5 soient équilibrées. Enfin, une électronique de commande 12 recevant de façon connue des informations d'un certain nombre de capteurs assure le pilotage de la vanne 3 en fonction du mode de fonctionnement du moteur 1. La figure 1 représente la configuration du dispositif en mode de démarrage à froid. Dans ce mode, la vanne 3 de dérivation des gaz d'échappement est fermée, de sorte que ces gaz empruntent le conduit 4 et traversent donc l'échangeur 5. La température de 1'eau de refroidissement augmente donc plus vite, ce qui a pour effet d'accélérer la montée en température du moteur et de fournir plus rapidement de l'air chaud pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. La figure 2 représente le mode de fonctionnement normal du moteur. Dans ce mode, la vanne 3 de dérivation des gaz d'échappement est ouverte, permettant ainsi un transfert direct de ces gaz vers le pot d'échappement. Egalement dans ce mode de fonctionnement, du fait des déflecteurs 8 et 9, les pressions en amont et en aval de l'échangeur 5 sont, comme cela a été vu ci-dessus, équilibrées, de sorte que la quantité de gaz d'échappement traversant l'échangeur 5 est alors négligeable, et qu'aucune quantité de chaleur n'est transférée vers le circuit d'eau. On observera que le conduit 4 sur lequel est disposé 1'6chan- geur de chaleur, a été représenté aux dessins branché sur la canalisation 2 qui est elle-mme rectiligne. La disposition contraire aurait pu tre adoptée, la branche portant l'échangeur appartenant au trajet direct sur lequel la vanne de sélection est connectée. La position des déflecteurs est alors inversée. La ligne d'échappement des gaz selon la figure 4 s'apparente à celle des figures 1 et 2, si ce n'est que les déflecteurs 8 et 9 sont supprimés. Les moyens servant à l'équilibrage des pressions comprennent ici une chambre 13 formant plénum qui est située à l'extrémité aval de la canalisation de dérivation 2. La chambre 13 se situe ainsi sur le retour de la canalisation de dérivation 2 en formant un élargissement local. L'augmen- tation de diamètre qui en découle diminue localement les vitesses et augmente donc la pression statique, d'après la loi de Bernoulli. On obtient donc l'effet recherché : pour un certain débit d'échappement, c'est-à-dire un certain régime du moteur, il existe un diamètre tel que les pressions statiques en amont et en aval de l'échangeur de chaleur sont égales, d'où il résulte un débit nul dans l'échangeur. REVENDICATIONS 1-Ligne d'échappement des gaz pour moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant des moyens (5) de récupération de chaleur sur les gaz d'échap- pement, des moyens (2) de dérivation desdits moyens de récupération de chaleur, et des moyens (3) de sélection pour sélectivement diriger les gaz d'échappement vers lesdits moyens de récupération de chaleur ou vers lesdits moyens de dérivation, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'équilibrage de pressions (8 ; 13) agencés pour équilibrer les pressions en amont et en aval des moyens de récupération de chaleur. 2-Ligne d'échappement des gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'équilibrage de pressions comprennent des moyens déflecteurs (8) situés au moins au voisinage de l'extrémité amont desdits moyens de dérivation (2). 3-Ligne d'échappement des gaz selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens déflecteurs (9) situés au voisinage de l'extrémité aval desdits moyens de dérivation (2). 4-Ligne d'échappement des gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'équilibrage de pressions comprennent une chambre (13) située à l'extrémité aval des moyens de dérivation (2).