Brevet FR2840648A1 — publié le 20031212

composite fibres-matrice. La presente invention se rapporte a un dispositif et a un procede de controle de la recirculation des gaz d'echappement pour un moteur a combustion interne, notamment pour un moteur de type Diesel pouvant fonctionner en mode de combustion homogene. Dans les dispositifs classiques de recirculation des gaz d'echappement pour des moteurs a combustion interne, les gaz d'echappement issus de la combustion du melange carbure vent reinjectes partiellement dans les chambres de combustion de moteur. Cette reinjection permet, apres la combustion du melange carbure additionne de ces gaz d'echappement, d'obtenir des gaz d'echappement sortant du moteur avec une quantite minime de polluants, tels que les oxydes d'azotes, permettant de respecter ainsi les normes anti-pollutions. Cette recirculation de gaz d'echappement se fait par tous moyens et notamment par un conduit, denomme conduit d'EGR (en anglais ), qui prend naissance a l'echappement du moteur et qui aboutit a son admission. Dans le cas de moteurs a combustion interne suralimentes grace a I' utilisation d'un tu rbocompresseur, il est prevu d' utiliser tout ou partie des gaz d'echappement sortant du moteur pour entraner en rotation la turbine qui elle- meme entrane le compresseur pour obtenir un fluide a une pression donnee, dit air de suralimentation, a la sortie du compresseur. Cet air de suralimentation est ensuite injecte dans les chambres de combustion de ce moteur pour obtenir, apres combustion, la puissance desiree au moteur. Ainsi, pour pouvoir entraner en rotation la turbine a une vitesse suffisante pour obtenir une pression souhaitee en sortie du compresseur et repondre egalement aux normes anti-pollutions, il est generalement trouve un compromis entre la quantite de gaz d'echappement recircules et injectes dans les chambres de combustion pour reduire les polluants et celle transmise a la turbine pour l'entranement du compresseur. Ce probleme devient plus crucial dans le cas de moteur suralimente a combustion interne fonctionnant en mode de combustion homogene. Ce mode de combustion homogene, qui est mieux decrit dans la demande N 00/16823 du demandeur, permet d'obtenir un melange carbure homogene grace au fait que ['injection de carburant se realise par l'intermediaire d'un injecteur avec un angle de nappe relativement faible choisi de fa,con que les jets de carburant ne touchent pas les parois du cylindre. Dans ce mode de combustion homogene, il est necessaire d'utiliser un fort taux de gaz d'echappement recircules, de ltordre de 50% du melange present dans les chambres de combustion, pour contrdier cette combustion. Cette necessite oblige a utiliser un air de suralimentation a pression relativement forte de maniere a pouvoir disposer, dans les chambres de combustion, d'un melange carbure disposant de suffisamment d'oxygene pour brGler le carburant injecte. Cet objectif de pression ne peut etre atteint qu'au detriment, d'une part, de la reduction des polluants resultant de la combustion et, d'autre part, du controle de la combustion homogene. De plus, ce mode de combustion peut entraner une diminution de la temperature des gaz d'echappement, de l'ordre de 50 a 100 C, a la sortie du moteur, ce qui engendre une diminution d'energie qui peut etre insuffisante a la turbine pour obtenir la pression de suralimentation desiree. Cet abaissement de temperature est d'autant plus problematique que la plupart des moteurs utilisent un dispositif de depollution des gaz d'echappement utilisant un ou plusieurs catalyseurs, notamment un catalyseur d'oxydation, qui est situe apres la turbine. Ce type de catalyseur n'est operationnel qu'a partir d'une temperature determinee, cite temperature de >, qui lui est transmise par les gaz d'echappement. Compte tenu de l'abaissement de la temperature des gaz d'echappement, dG non seulement au mode de combustion homogene mais egalement a la deperdition de chaleur lors de la traversee de la turbine, ce catalyseur ne pourra etre operationnel que plus tardivement. Durant cette periode d'inaction du catalyseur, les polluants presents dans les gaz d'echappement ne vent done pas traites et vent rejetes dans ['atmosphere. La presente invention se propose de remedier aux inconvenients mentionnes ci-dessus grace a un dispositif et un procede de controle de la recirculation des gaz d'echappement simplex, economiques et efficaces. Selon ['invention, un dispositif de controle de la recirculation des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, notamment d'un moteur a combustion pouvant fonctionner selon un mode de combustion homogene, comportant un turbocompresseur avec une turbine entranee en rotation par les gaz d'echappement du moteur et un compresseur delivrant au moins un fluide sous pression audit moteur, ledit dispositif comprenant un moyen de recirculation des gaz d'echappement dans le moteur, est caracterise en ce que le moyen de recirculation des gaz d'echappement relic l'aval de la turbine a I'amont du compresseur. Avantageusement, le moyen de recirculation des gaz d'echappement peut comprendre un conduit muni d'un moyen de vannage. De maniere preferentielle, le moyen de recirculation comprend un moyen de pompage desdits gaz. En outre, un moyen de rechauffage des gaz d'echappement peut etre dispose en amont de la turbine. Ce moyen de rechauffage peut comprendre un catalyseur. De plus, le dispositif peut comprendre un moyen de filtration de particules dispose entre le turbocompresseur et le moyen de recirculation des gaz. Le moyen de filtration peut etre dispose entre la sortie de la turbine du turbocompresseur et le moyen de recirculation des gaz. Le moyen de filtration peut egalement etre entre le moyen de recirculation des gaz et ['entree du compresseur du turbocompresseur. L'invention concerne egalement un procede de controle de la recirculation des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, notamment d'un moteur a combustion homogene pouvant fonctionner selon un mode de combustion homogene, comportant un turbocompresseur avec une turbine entranee en rotation par les gaz d'echappement du moteur et un compresseur delivrant au moins un fluide sous pression audit moteur,!edit dispositif comprenant un moyen de recirculation des gaz d'echappement dans le moteur, caracterise en ce qu'on injecte une partie des gaz d'echappement sortant de la turbine a ['entree du compresseur. De maniere avantageuse, on peut injecter lesdits gaz avec un moyen de pompage. De plus, on peut rechauffer les gaz d'echappement issus du moteur avant qu'il ne traverse la turbine. On peut realiser le rechauffage des gaz d'echappement issus du moteur par reaction catalytique. Preferentiellement, on peut fi ltrer l es gaz d' echappement avant leu r admission dans le compresseur. Les autres caracteristiques et avantages de ['invention vont appara^tre a la lecture de la description qui va suivre, donnee a titre illustratif et non limitatif, et a laquelle vent annexees: - la figure 1 qui montre un dispositif de controle de la recirculation des gaz d'echappement selon ['invention; - la figure 2 qui est une variante du dispositif de la figure 1; et - la figure 3 qui est une autre variante du dispositif de la figure 1. En se reportant a la figure 1, le dispositif de controle de la recirculation des gaz d'echappement comprend un moteur a combustion interne 10, tel qu'un moteur de type Diesel pouvant fonctionner selon deux modes de combustion. Un de ces modes de fonctionnement est le mode traditionnel, generalement utilise pour les fortes charges du moteur, dans lequel le carburant est injecte au voisinage du point mort haut compression et la combustion se produit au fur et a mesure de cette injection. L'autre de ces modes, qui est utilise pour les autres types de charges du moteur, est le mode de combustion homogene selon lequel ie carburant est injecte pendant la phase d'admission de maniere a obtenir un melange homogene entre le carburant et le ou les fluides admis dans la chambre de combustion. La combustion de ce melange se produit ensuite au voisinage de la fin de la phase de compression. Ce moteur comprend au moins une chambre de combustion 12, un ! dispositif d'admission 14, tel qu'un collecteur d'admission, d'au moins un fluide dans les chambres de combustion et un dispositif d'echappement 16 des gaz brGles sortant de cette chambre, plus communement appelee collecteur d'echappement. Le dispositif comprend eg alement un moyen de compression d' au moi ns un fluide a admettre dans le moteur et dont la compression est commandee par les gaz d'echappement issus du moteur, tel qu'un turbocompresseur 18. Generalement, ce turbocompresseur comprend une turbine 20 et un compresseur 22 lie a la turbine par un arbre de transmission 24. La turbine 20 est entranee en rotation par les gaz d'echappement issus de la combustion du melange carbure dans les chambres de combustion 12 et parvenant au collecteur d'echappement 16. Ces gaz circulent ensuite dans une conduite 26 qui prend naissance a ce collecteur 16 et aboutit a la turbine 20. Apres avoir traverse cette turbine, ces gaz d'echappement vent evacuee dans la ligne d'echappement 28. Le compresseur 22 est alimente en air exterieur par une conduite d'alimentation 30 et permet d'injecter dans les chambres de combustion 12 un air sous pression ou un melange de fluides sous pression, denomme air de suralimentation, par une conduite d'air de suralimentation 32 qui part de la sortie du compresseur et se termine au collecteur d'admission 14. Le dispositif de controle comprend egalement un moyen de recirculation des gaz d'echappement comprenant un conduit de recirculation des gaz d'echappement 34 (plus communement appele conduit d' EG R) muni d'un moyen de vannage 36. Comme mieux visible sur la figure, ce conduit d'EGR relic l'aval de la turbine 20 et l'amont du compresseur 22. Par les termes amont et aval, il est entendu les parties constitutives du dispositif qui vent situees avant ou apres ['element concerne et en considerant le sens d'ecoulement du ou des fluides comme representes sur les figures. A titre d'exemple, I'aval de la turbine est constitue par la ligne d'echappement 28 et l'amont du compresseur par la conduite d'alimentation 30. Ainsi et comme represente sur la figure 1, le conduit 34 est raccorde par l'une de ces extremites a la ligne d'echappement 28 et a la conduite d'alimentation 30 du compresseur 22 par l'autre de ces extremites. Le dispositif comprend encore un moyen de rechauffage 38 des gaz d'echappement sortant du moteur et qui est constitue, dans l'exemple de realisation, par le moyen de depollution des gaz d'echappement, tel qu'un catalyseur d'oxydation, que comporte habituellement un tel moteur. Ce catalyseur est place en amont de la turbine 20 et plus precisement sur la conduite d'alimentation 26 de cette turbine entre le collecteur d'echappement 16 et ['entree de la turbine. Ainsi, en fonctionnement, les gaz d'echappement issus du moteur circulent dans la conduite 26 et traversent, dans leur totalite, le catalyseur 38. Les polluants qu'ils vehiculent sont, en grande partie, elimines par reaction catalytique avec les elements que portent ce catalyseur et, grace a cette reaction catalytique, la temperature des gaz d'echappement est augmentee. De ce fait, les gaz d'echappement parviennent a la turbine a une temperature adequate et avec une quantite suffisante pour entraner cette turbine a une vitesse souhaitee. En outre, la temperature des gaz traversant le catalyseur augmente et il est plus facile d'atteindre la temperature de > de ce catalyseur sur une large plage de fonctionnement. Une fois que ces gaz ont traverse la turbine, ceux-ci vent evacuee par la ligne d'echappement 28. Lorsque le moteur fonctionne en mode de combustion homogene, une grande partie des gaz d'echappement circulant dans cette ligne est device vers le conduit d'EGR 34 par l'ouverture du moyen de vannage 36 et aboutit a la conduite d'alimentation 30 pour y etre melangee avec l'air frais circulant dans cette conduite. Ce melange d'air et de gaz d'echappement est ensuite introduit dans le compresseur 22 puis est comprime par ce compresseur pour etre injecte, sous pression, par la conduite d'air de suralimentation 32 dans le collecteur d'admission 14 et par consequent dans les chambres de combustion 12 du moteur. La pression de cet air de suralimentation est obtenue a une valeur donnee et dans un temps determine par le fait que la turbine 20 est entranee a la vitesse requise pour obtenir une telle pression en sortie du compresseur. On se reporte maintenant a la figure 2 qui montre une variante de la figure 1 et qui, pour cela, comporte les memes references. Cette figure 2 se distingue de la figure 1 par le fait qu'il est prevu un moyen de filtration 40 des particules contenues dans les gaz d'echappement avant que ces gaz ne soient admis dans le compresseur 22. Plus precisement, ce moyen de filtration est dispose entre le turbocompresseur 18 et le conduit d'EGR 34. A titre d'exemple, ce moyen est un filtre a particules 40 et est dispose, soit sur la ligne 28 entre la sortie de la turbine 20 et le conduit d'EGR 34, soit sur la conduite d'alimentation 30 du compresseur 22 entre le conduit d'EGR 34 et ['entree de ce compresseur. - Cette disposition permet d'eliminer une tres grande partie des particules contenues dans les gaz d'echappement avant leur introduction dans le compresseur. C'est un avantage non negligeable car le compresseur est entrane en rotation a de tres grande vitesse (de ltordre de plusieurs dizaines de milkers de tours par minute) et les particules qui penetrent dans la cavite de compression peuvent endommager la partie active de ce compresseur, telle que les ailettes du rotor. Dans la variante de la figure 3, un moyen de pompage 42, telle qu'une pompe a ailettes entranee par un moteur electrique, est disposee sur le conduit EGR 34 de maniere a introduire a 1'entree du compresseur 22, avec un debit eleve, les gaz issus de la turbine 20. Ce moyen de pompage permet d'eviter d'utiliser un conduit d'EGR 34 de diametre trop grand qui est necessaire du fait de la faible difference de pression entre la ligne d'echappement 28 et la conduite d'alimentation 30. Grace a ce moyen de pompage, il est ainsi possible de faire circuler, apres ouverture de la vanne 36, une grande quantite de gaz d'echappement dans un delai court sans apporter de modification significative dans les dimensions du conduit 34. La presente invention n'epas limitee aux exemples de realisation decrits mais englobe toutes les varintes. REVENDICATIONS 1) Dispositif de controle de la recirculation des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne (10), notamment d'un moteur a combustion pouvant fonctionner selon un mode de combustion homogene, comportant un turbocompresseur (18) avec une turbine (20) entranee en rotation par les gaz d'echappement du moteur et un compresseur (22) delivrant au moins un fluide sous pression audit moteur, ledit dispositif comprenant un moyen de recirculation des gaz d'echappement (34, 36) dans le moteur, caracterise en ce que le moyen de recirculation des gaz d'echappement (34, 36) relic l'aval de la turbine (20) a l'amont du compresseur (22). 2) Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que le moyen de recirculation des gaz d'echappement comprend un conduit (34) muni d'un moyen de vannage (36). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que le moyen de recirculation comprend un moyen de pompage (42) desdits gaz. 4) Dispositif selon la revendication 1, caracterise eri ce qutun moyen de rechauffage des gaz d'echappement est dispose en amont de la turbine (20). ) Dispositif selon la revendication 4, caracterise en ce que le moyen de rechauffage comprend un catalyseur (38). 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise en ce qu'il comprend un moyen de filtration de particules (40) dispose entre le turbocompresseur (18) et le moyen de recirculation des gaz (34, 36). 7) Dispositif selon la revendication 6, caracterise en ce que le moyen de filtration (40) est dispose entre la sortie de la turbine (20) du turbocompresseur (18) et le moyen de recirculation des gaz (34, 36). t 2840648 1 1 8) Dispositif selon la revendication 6, caracterise en ce que le moyen de filtration (40) est dispose entre le moyen de recirculation des gaz (34, 36) et ['entree du compresseur (22) du turbocompresseur (18). 9) Procede de controle de la recirculation des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne (10), notamment d'un moteur a combustion homogene pouvant fonctionner selon un mode de combustion homogene, comportant un turbocompresseur (18) avec une turbine (20) entranee en rotation par les gaz d'echappement du moteur et un compresseur (22) delivrant au moins un fluide sous pression audit moteur, ledit dispositif comprenant un moyen de recirculation des gaz d'echappement (34, 36) dans le moteur, caracterise en ce qu'on injecte une partie des gaz d'echappement sortant de la turbine (20) a ltentree du compresseur (22). ) Procede selon la revendication 9, caracterise en ce qu'on injecte lesdits gaz avec un moyen de pompage (42). 11) Procede selon la revendication 9, caracterise en ce qu'on rechauffe les gaz d'echappement issus du moteur avant qu'il ne traverse la turbine (20). 12) Procede selon la revendication 11, caracterise en ce qu'on realise le rechauffage des gaz d'echappement issus du moteur par reaction catalytique. 13) Procede selon l'une des revendications 9 ou 10, caracterise en ce que l'on filtre les gaz d'echappement avant leur admission dans le compresseur