Brevet FR2827013A1 — publié le 20030110

réquler la temperature de l'air admis dens le moteur. 1 2827013 La présente invention concerne un système d'alimentation en gaz d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Plus particulièrement, I'invention se rapporte à un tel système qui comporte une arrivée d'air frais et une arrivée de gaz d'échappement à recycler dans le moteur et des moyens de chauffage/refroidissement de ceux-ci, associés à des moyens de contrôle de leur circulation dans ces moyens, sous la com- mande de moyens de pilotage pour contrôler la température des gaz admis dans le moteur selon les besoins en terme de température de fonctionnement de celui ci. L'évolution des technologies iiées à la motorisation des véhicules au tomobiles, telles que par exemple l'ajout de différents systèmes de dépollution des gaz d'échappement de ceux-ci, a conduit à une sévèrisation des besoins en terme de contrôle de la température des gaz en entrée du moteur. C'est ainsi par exemple qu'il peut convenir de refroidir les gaz d'échappement à recycler dans ie moteur, également appelés gaz d'EGR eVou l'air frais admis dans celui-ci, lorsque le moteur est chaud, comme cela peut être défini pour les phases dites " moteur chaud " des cycles réglementaires de fonc tionnement du moteur, afin par exemple de réduire l'émission de Nox. Par contre, ces gaz d'EGR, de même qu'éventuellement l'air frais ad mis dans le moteur, peuvent devoir ne pas être refroidis quand le moteur est froid, par exemple dans les phases dites " moteur froid >> des cycles réglementai res, afin entre autres de faciliter la montée en température du moteur et des gaz d'échappement pour faciliter l'amorçage par exemple d'un catalyseur intogré dans la ligne d'échappement. Dans d'autres phases de fonctionnement du moteur, il peut être inté ressant de contrôler la température des gaz en entrée du moteur. L'air frais en entrée du moteur peut par exemple devoir être réchauffé pour assurer une bonne combustion, par exemple lors d'une phase de post combustion. Cette multiplication des besoins se traduit par des architectures de plus en plus complexes du système d'alimentation en gaz de ces moteurs. C'est ainsi par exemple que l'on a été amené à intégrer dans ces sys tèmes d'alimentation, des refroidisseurs d'air admis associés éventuellement à des papillons de court-circuitage de ceux-ci, en sortie par exemple d'un compres 2 2827013 seur, des refroidisseurs de gaz d'EGR associés ou non à des papillons de court circuitage et des réchauffeurs d'air frais placés en amont par exemple du com presseur ou en parallèle sur le refroidisseur de suralimentation par exemple. Ces structures relativement complexes nocessitent l'intégration dans le compartiment moteur des véhicules d'un nombre croissant d'organes et de conduits de raccordement de ceux-ci, ce qui se traduit notamment par des pro blèmes d'implantation, de fiabilité et de coût. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, I'invention a pour objet un système d'alimentation en gaz d'un moteur Diesel de véhicule automobile, du type comportant une arrivée d'air frais et une arrivoe de gaz d'échappement à recycler dans le moteur et des moyens de chauffage/refroidissement de ceux-ci associés à des moyens de contrôie de leur circulation dans ces moyens, sous la commande de moyens de pilotage pour contrôler la température des gaz admis dans le moteur selon les besoins en terme de température de fonctionnement de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte deux branches de circulation des gaz s'étendant entre l'arrivée d'air frais et le moteur dont l'une comporte un refroidisseur, dont l'entrce est rac cordée à l'arrivée d'air frais et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un premier pa pillon, dont la sortie est reliée au moteur et dont l'autre branche comporte un se cond papillon, dont l'entrée est raccordée à larrivée d'air frais et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un échangeur de chaleur dont la sortie est reliée avec la sortie du premier papillon, au moteur, et en ce que l'arrivée des gaz d'échappement à recycler est raccordée à travers une vanne de contrôle à l'autre branche de circu lation, entre le second papillon et l'échangeur. Selon une autre caractéristique, lorsque le moteur est froid, les moyens de commande sont adaptés pour ouvrir la vanne de contrôle et le second papillon, et fermer le premier papillon, de manière à amener l'air frais à se mé langer aux gaz à recycler avant leur passage dans l'échangeur de chaleur et leur entrée dans le moteur. Selon une autre caractéristique, lorsque le moteur est chaud, les moyens de pilotage sont adaptés pour ouvrir la vanne de contrôle et le premier papillon et fermer le second papillon, de manière à amener les gaz à recycler à circuler dans l'échangeur de chaleur avant d'être mélangés à l'air frais en sortie du refroidisseur avant d'être introduits dans le moteur. 3 2827013 Selon une autre caractéristique, les moyens de pilotage sont adaptés pour mettre en _uvre une phase de contrôle de la température des gaz en en- trée du moteur, sans recyclage de gaz d'échappement, en fermant la vanne de contrôle et en réqulant l'ouverture/fermeture des premier et second papillons afin de réguler la circulation d'air dans le refroidisseur et l'échangeur de chaleur, pour réguler la température de l'air admis dans le moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique d'une architecture d'un système d'alimentation en gaz d'un moteur, selon l'état de la technique; et - la Fig.2 représente un schéma synoptique d'une architecture d'un système d'alimentation en gaz d'un moteur, selon l'invention. On a en effet représenté sur la figure 1, un système d'alimentation en gaz d'un moteur Diesel de véhicule automobile, de l'état de la technique. Sur cette figure 1, le moteur est désigné par la référence générale 1 et son entrce de gaz est désignée par la référence générale 2. Ce moteur est associé à un circuit d'EGR désigné par la référence gé nérale 3, qui, à partir d'une arrivé de gaz d'échappement à recycler dans le mo teur, comporte un refroidisseur de gaz d'EGR désigné par la référence générale 4, associé à une vanne de contrôle ou d'EGR désignée par la référence générale 5. Une vanne de court-circuitage de ce refroidisseur peut être dans cer taines applications connectée en parallèle sur celui-ci et est désignée par la réfé rence générale 6. La sortie de la vanne d'EGR est reliée en entrée du moteur. Ce refroidisseur de gaz d'EGR peut suivant le cas être court-circuité afin de permettre de ne pas refroidir les gaz lorsque le moteur est froid et au contraire de refroidir ceux-ci lorsque le moteur est chaud. Par ailleurs, ce système comporte également deux branches de circu lation de gaz s'étendant entre une arrivée d'air frais, désignée par la référence générale 7 sur cette figure, en sortie par exemple d'un compresseur, et l'entrce 2 du moteur. 4 2827013 Ces branches sont-désignées par les références générales 8 et 9 sur ces figures et comportent, I'une, par exemple la branche 8, un réchauffeur d'air d'entrée du moteur désigné par la référence générale 10, associé à l'entrée du moteur à travers un papIllon commandé désigné par la référence générale 11. Ce réchauffeur d'air d'entrée du moteur qui peut par exemple être for mé par un échangeur air/liquide ou un réchauffeur électrique, peut étre positionné en aval ou en amont du compresseur et être court-circuitable par un système de désactivation. Ce réchauffeur assure le réchauffage ou non de l'air en entrée du mo teur selon que celui-ci est froid ou chaud, par exemple pour stabiliser la combus tion dans celui-ci. L'autre branche de circulation désignée par la référence générale 9 comporte quant à elle, un refroidisseur d'air d'entrée du moteur désigné par la référence générale 12 sur cette figure, associé à l'entrée 2 du moteur à travers un papillon commandé désigné par la référence générale 13. Ce refroidisseur est présent ou non selon les applications envisagées et est destiné à refroidir l'air en entrée du moteur pour des problèmes de remplis sage et d'émission de Nox. L'ensemble des papillons et des vannes décrites précédemment, est commandé à partir de moyens de pilotage désignés par la référence générale 14 sur cette figure, à partir d'informations acquises par des capteurs de façon clas slque. On conçoit que ces différents moyens de chauffage/refroidissement sont associés à de multiples conduits, vannes eVou papillons, permettant d'activer ou de désactiver chacune des fonctions correspondantes, ce qui pré sente les inconvénients mentionnés précédemment. On a représenté sur la figure 2, un système selon l'invention. Sur cette figure 2, le moteur est désigné par la référence générale 20 et son entrée de gaz est désignce par la référence générale 21. L'arrivée d'air frais est désignée par la référence générale 22, par exemple en provenance d'un compresseur et l'arrivée des gaz d'échappement à recycler dans le moteur est désignée par la référence générale 23. 2827013 En fait, ce systèmecomporte également deux branches de circulation des gaz qui s'étendent entre l'arrivée d'air frais et le moteur, ces branches étant désignées par les références 24 et 25. L'une des branches, à savoir la branche 25, comporte un refroidisseur désigné par la référence générale 26, dont l'entrée est reliée à l'arrivée d'air frais 22 et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un premier papillon commandé désigné par la référence générale 27, dont la sortie est reliée à l'entrée 21 du moteur. L'autre branche, à savoir la branche 24, comporte un échangeur de chaleur par exemple air/liquide désigné par la référence générale 28 et un se cond papillon commandé 29. L'entrée de ce second papillon 29 est reliée à l'arrivée d'air frais 22 et sa sortie est reliée à l'entrée de l'échangeur de chaleur 28, dont la sortie est reliée avec la sortie du premier papillon 27, à l'entrce 21 du moteur. L'arrivée des gaz d'échappement à recycler 23 est quant à elle raccor dée à travers une vanne de contrôle ou d'EGR désignée par la référence géné rale 30, à l'autre branche 24, entre le second papillon 29 et l'échangeur 28. La vanne d'EGR, le premier papillon et le second papillon sont com mandés par des moyens de pilotage désignés par la référence générale 31. Le fonctionnement de ce système peut être découpé en trois phases, qui correspondent aux trois fonctions assurées par le système. L'une des phases peut être associée à la phase dite froide du cycle de fonctionnement du moteur, une autre, à la phase dite chaude du cycle de fonctionnement du moteur et la dernière phase pouvant étre une phase de contrôle de la température des gaz en entrée du moteur par exemple par stabilisation de la combustion sans recyclage des gaz d'échappement. Lors de la phase froide du cycle, les besoins sont de ne pas refroidir les gaz d'EGR et de ne pas refroidir l'air frais délivré par exemple par la sortie du compresseur. Ceci est réalisé par les moyens de pilotage 31 en ouvrant la vanne d'EGR 30 et le second paplilon 29 tout en fermant le premier papillon 27. Les gaz d'EGR se mélangent alors à l'air frais en amont de l'échangeur 28 avant de passer dans celui-ci o le mélange peut subir un léger refroidissement. 6 2827013 Le mélange d'air frais et de gaz d'EGR sera en effet à une tempéra- ture inférieure à la température des gaz d'EGR seuis. Donc, il y aura peu d'échange thermique au niveau de l'échangeur et la chute de température sera moindre que dans les systèmes classiques o l'air frais passe dans un refroidis- seur. Lors de la phase chaude du cycle, les besoins sont de refroidir les gaz d'EGR, de même que l'air frais admis, par exemple en sortie du compresseur. Dans ce cas, la vanne d'EGR 30 est ouverte, de même que le premier papillon 27, tandis que le second papillon 29 est fermé. Les gaz d'EGR sont alors amenés à traverser l'échangeur de chaleur 28 et sont alors refroidis. L'air frais traverse quant à lui le refroidisseur 26. L'air frais et les gaz d'EGR se mélangent alors en sortie de l'échangeur et du refroi disseur avant d'être injectés dans le moteur. Lors de la troisième phase, dite de contrôle de la température des gaz en entrce du moteur sans recyclage d'EGR, il n'y a pas de recyclage des gaz d'échappement dans le moteur et il convient de pouvoir choisir de chauffer ou de refroidir les gaz en entrée du moteur. Ceci est alors obtenu par contrôle de l'ouverture/fermeture du premier et du second papillons, la vanne de contrôle 30 étant fermée. Plus particulièrement, on peut décider d'une ouverture totale ou par tielle du second papillon 29 et une fermeture totale ou partielle du premier papil lon 27. Ainsi, une partie de l'air frais est réchauffée, tandis qu'une autre partie est refroidie, ce qui permet en régulant l'ouverture/fermeture de ces papillons, de contrôler la répartition du flux d'air froid/chaud et donc la température de l'air en entrée du moteur. On conçoit alors qu'une telle structure est beaucoup plus simple que celles utilisées dans l'état de la technique, pour remplir les mêmes fonctions. En effet, le nombre d'organes et de conduits est réduit par rapport à I'état de la technique. Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envl sagés. 7 2827013 - REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation en gaz d'un moteur Diesel de véhicule au tomobile, du type comportant une arrivée d'air frais (22) et une arrivée de gaz d'échappement (23) à recycler dans le moteur (20) et des moyens (26,28) de chauffage/refroidissement de ceux-ci associés à des moyens (27, 29,30) de contrôle de leur circulation dans ces moyens, sous la commande de moyens de pilotage (31) pour contrôler la température des gaz admis dans le moteur selon les besoins en terme de température de fonctionnement de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte deux branches (24,25) de circulation des gaz s'étendant en tre l'arrivée d'air frais (22) et le moteur (20) dont l'une (25) comporte un refroidis seur (26), dont l'entrée est raccordée à l'arrivée d'air frais et dont la sortie est re liée à l'entrée d'un premier papillon (27), dont la sortie est reliée au moteur et dont l'autre branche (24) comporte un second papillon (29), dont l'entrée est rac cordée à l'entrée d'air frais et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un échangeur de chaleur (28) dont la sortie est reliée avec la sortie du premier papillon, au mo teur, et en ce que l'arrivée des gaz d'échappement à recycler (23) est raccordée à travers une vanne de contrôle (30) à l'autre branche (24) de circulation, entre le second papillon (29) et l'échangeur (28). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le moteur est froid, les moyens de commande (31) sont adaptés pour ouvrir la vanne de contrôle (30) et le second papillon (29), et fermer le premier papillon (27), de manière à amener l'air frais à se mélanger aux gaz à recycler avant leur passage dans l'échangeur de chaleur (28) et leur entrée dans le moteur. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lors que le moteur est chaud, les moyens de pilotage (31) sont adaptés pour ouvrir la vanne de contrôle (30) et le premier papillon (27) et fermer le second papIllon (29), de manière à amener les gaz à recycler à circuler dans l'échangeur de cha leur (28) avant d'être mélangés à l'air frais en sortie du refroidisseur (26) avant d'être introduits dans le moteur. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (31) sont adaptés pour mettre en _uvre une phase de contrôle de la température des gaz en entrée du moteur, sans recyclage de gaz d'échappement, en fermant la vanne de contrôle (30) et en réqulant l'ouverture/fermeture des premier et second papillons (27,29) afin de 8 2827013 réquler la circulation d'air dans le refroidisseur et l'échangeur de chaleur, pour