Brevet FR2869648A1 — publié le 20051104

"Moteur à combustion comportant un dispositif commandé de décrassage du circuit de recirculation des gaz d'échappement" L'invention concerne un moteur à combustion, notamment pour véhicule automobile, du type comportant un dispositif commandé de décrassage du circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur. Les moteurs à combustion, notamment les moteurs à essence ou Diesel, produisent des gaz d'échappement qui io contiennent des substances polluantes, telles que des oxydes d'azote ou NOx . Les normes antipollution applicables aux véhicules automobiles sont de plus en plus sévères et imposent des quantités maximales toujours plus faibles de substances polluantes rejetées dans l'atmosphère. Pour limiter les émissions de polluants et satisfaire aux normes, on a proposé différentes solutions au nombre desquelles figure la recirculation des gaz d'échappement, encore appelée EGR pour Exhaust Gas Recirculation . En effet, il est connu que les oxydes d'azote (NOx) se forment principalement dans les zones de la chambre de combustion dans lesquelles la richesse du mélange air-carburant est proche du rapport stoechiométrique et que leur formation est favorisée par une température élevée. La recirculation d'une partie des gaz d'échappement dans le d'admission d'un moteur à combustion interne permet d'abaisser la température de combustion, et donc de réduire la quantité des oxydes d'azote (NOx) émis par le moteur. Plus précisément, le principe des systèmes de recirculation externe des gaz d'échappement repose sur les propriétés thermodynamiques de ces gaz brûlés qui contiennent une fraction importante de dioxyde de carbone dont la capacité calorifique est supérieure à celle des autres gaz majoritairement présents dans l'air frais d'admission tels que l'azote et l'oxygène. Ainsi, lors du dégagement d'énergie provoqué par combustion du carburant, le dioxyde de carbone absorbe une quantité d'énergie plus importante que celle qui est absorbée par les autres espèces majoritairement présentes dans l'air frais. Le document FR-A-2.814.198 décrit un exemple de réalisation d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement, dit EGR , comportant au moins un conduit de recirculation agencé entre le collecteur d'échappement des gaz d'échappement du moteur et le collecteur d'admission de l'air frais dans les io chambres de combustion des cylindres du moteur, et comportant des moyens commandés de régulation, tels qu'une vanne, de manière à réguler le débit des gaz en fonction du régime ou de la charge du moteur. Cependant, les circuits de recirculation des gaz d'échappement ne donnent pas entière satisfaction, notamment en terme de fiabilité. En effet, les gaz d'échappement qui recirculent à travers le circuit EGR comportent notamment, outre les oxydes d'azote (NOx), des saletés diverses telles que des hydrocarbures imbrûlés (HCi), des particules d'huile et des suies formant un résidu du_ type calamine qui, en se déposant, provoquent l'encrassement du circuit. Ce phénomène d'encrassement provoque des dysfonctionnements du circuit EGR, et par conséquent du moteur, notamment en bloquant ou en perturbant le fonctionnement de la vanne commandée de recirculation. L'encrassement affecte d'une manière générale l'ensemble du circuit d'admission du moteur. Plus particulièrement, il affecte la vanne commandée de recirculation, les conduits d'admission ou de recirculation que le dépôt de particules peut obstruer en provoquant un rétrécissement des sections de passage et donc une diminution de l'écoulement, ainsi que les soupapes d'admission dont les têtes s'encrassent lors de l'admission du mélange dans la chambre de combustion. Dans le but de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un moteur à combustion interne, du type comportant un circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur qui comporte au moins un conduit de recirculation reliant un point du circuit des gaz d'échappement à la chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur par l'intermédiaire du circuit d'admission du moteur, et qui comporte au moins une vanne commandée de recirculation pour réguler le débit de gaz s'écoulant dans le conduit de recirculation, caractérisé en ce qu'il io comporte un dispositif commandé de décrassage comportant des moyens pour injecter un liquide de décrassage dans une zone déterminée du circuit de recirculation. Grâce au dispositif selon l'invention, il est possible de décrasser le circuit de recirculation des gaz d'échappement de manière à garantir le bon fonctionnement tant du circuit EGR que du moteur, et de manière à supprimer tout risque de panne mécanique, notamment de blocage de la vanne de recirculation. Avantageusement, l'injection dans le circuit de recirculation d'essence en tant que liquide de décrassage provoque une diminution de la température des gaz d'échappement recirculés. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens d'injection comportent au moins un injecteur de liquide de décrassage agencé de manière que le jet injecté soit 25 dirigé en direction de la vanne de recirculation; - les moyens d'injection comportent au moins un injecteur de liquide de décrassage agencé de manière que le jet injecté soit dirigé dans la vanne de recirculation; - les moyens d'injection comportent au moins un injecteur 30 de liquide de décrassage agencé en amont de la chambre de combustion de manière que le jet injecté soit dirigé en direction d'au moins une soupape d'admission que comporte le circuit d'admission du moteur; - le liquide de décrassage est un liquide inflammable, notamment de l'essence; - dans un moteur du type à essence, le dispositif de décrassage comporte des moyens à allumage commandé, tel qu'une bougie, associés à au moins un injecteur de liquide de décrassage de manière à effectuer un décrassage par inflammation du liquide de décrassage; - dans un moteur du type à essence, le liquide de décrassage est de l'essence et les moyens d'injection du io dispositif de décrassage appartiennent au circuit d'injection principal du moteur; - dans un moteur du type Diesel, le dispositif de décrassage comporte au moins un réservoir de stockage de liquide de décrassage; - le moteur comporte une unité électronique de commande des moyens d'injection du dispositif de décrassage, notamment en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur; - le moteur comporte un turbocompresseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente en vue de dessus et de façon schématique un moteur à combustion interne du type à essence comportant un circuit de recirculation des gaz d'échappement qui comporte un dispositif commandé de décrassage selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 qui représente un moteur à combustion interne du type Diesel comportant un circuit de recirculation des gaz d'échappement qui comporte un dispositif commandé de décrassage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1 qui représente un moteur à combustion interne comportant un 35 turbocompresseur et un circuit de recirculation des gaz d'échappement qui comporte un dispositif commandé de décrassage analogue à la celui de la figure 2. Dans la description et les revendications, on utilisera à titre non limitatif les expressions telles qu'amont et aval, supérieur et inférieur, en référence aux figures et définitions données dans la description et les éléments identiques, similaires ou analogues de l'invention seront désignés par les mêmes chiffres de référence. Les figures 1 à 3 représentent schématiquement un moteur io 10 à combustion interne, ici à quatre cylindres, dont chaque cylindre Cl, C2, C3 et C4 comporte une chambre de combustion 12. De manière connue, une telle chambre de combustion 12 est délimitée, axialement suivant l'axe du cylindre, d'une part dans sa partie inférieure par la face supérieure du piston (non représenté) lequel coulisse dans le cylindre selon un mouvement alternatif de va-et-vient et, d'autre part, dans sa partie supérieure par la face inférieure d'une culasse 14 du moteur 10. Le moteur 10 à combustion interne comporte, d'aval en amont selon le sens de circulation de l'air frais puis des gaz d'échappement, un circuit d'admission 16, un circuit d'échappement 18 et un circuit de recirculation 20 des gaz d'échappement du moteur vers au moins une des chambres de combustion 12. Le circuit d'admission 16 comporte un collecteur d'admission 22 qui permet d'introduire dans chaque chambre de combustion 12 de l'air frais provenant de l'atmosphère. Le collecteur d'admission 22 comporte un conduit amont 24 et à son extrémité avale des ramifications formant des branches aval 26 dont chacune est ici reliée à une chambre de combustion 12. Plus précisément, la culasse 14 comporte pour chaque cylindre au moins un conduit d'admission 27 auquel est reliée la branche 26 du collecteur d'admission 22 et qui débouche dans la chambre de combustion 12 avec interposition d'au moins une soupape d'admission (non représentée). Le circuit d'échappement 18, qui est ici agencé en vis-à-vis du collecteur d'admission 22, permet d'évacuer, vers un collecteur d'échappement 28, les gaz d'échappement qui sont expulsés des chambres de combustion 12 par les pistons du moteur 10. Pour ce faire, la culasse 14 comporte pour chaque cylindre au moins un conduit d'échappement 29 qui débouche en amont dans la chambre de combustion 12 avec interposition d'au moins io une soupape d'échappement (non représentée) et qui est relié en aval à l'une des branches 30 du collecteur d'échappement 28. Les branches amont 30 du collecteur d'échappement 28 se rejoignent en un conduit aval 32 de manière à évacuer les gaz d'échappement vers une tubulure d'échappement 34. Avantageusement, un dispositif de traitement, non représenté, tel qu'un filtre à particules ou un piège à oxydes d'azote, peut être interposé dans la tubulure d'échappement 34, de façon à diminuer la quantité de substances polluantes rejetée dans l'atmosphère. Le circuit de recirculation 20 comporte au moins un conduit principal 36 de recirculation des gaz d'échappement reliant un point 31, dit de piquage, du circuit 18 des gaz d'échappement à la chambre de combustion 12 d'au moins un cylindre par l'intermédiaire du circuit d'admission 16. De préférence, le conduit 36 de recirculation relie par dérivation un point 31 du conduit d'échappement 32 du collecteur d'échappement 28 au conduit amont 24 du collecteur d'admission 22 de manière à faire recirculer une partie des gaz d'échappement dans le circuit d'admission 16. Selon des variantes, non représentées, le circuit de recirculation 20 comporte un conduit de recirculation 36 qui relient entre elles une ou plusieurs des branches 30 et 26 respectivement d'échappement et d'admission. Bien entendu, le conduit 36 peut aussi déboucher directement dans une chambre 12. Le circuit de recirculation 20 comporte une vanne commandée 38 de recirculation des gaz d'échappement. De manière connue, la vanne 38 de recirculation est par exemple commandée entre une position ouverte et une position fermée de façon à permettre, ou non respectivement, la circulation de gaz d'échappement entre le collecteur d'échappement 28 et le collecteur 22 d'admission d'air frais. io Lorsque la vanne 38 est en position ouverte, une partie des gaz d'échappement circulent alors du collecteur d'échappement 28 vers le collecteur d'admission 22. La vanne 38 de recirculation peut être commandée par tout moyen approprié et peut par exemple être actionnée par un dispositif électrique, électromagnétique ou électrohydraulique (non représenté). De tels moyens de commande permettent un actionnement très rapide de la vanne 38 qui présente alors avantageusement un temps de réponse très faible et qui permettent de supprimer tout risque de circulation inverse de gaz dans le conduit de recirculation 36, c'est-à-dire dirigée du collecteur d'admission 22 vers le collecteur d'échappement 28. Or, la vanne 38 doit présenter un temps de réponse très faible de façon à, par exemple, s'ouvrir et se fermer sur quelques 25 degrés d'angle du vilebrequin. En effet, la précision de la quantité des gaz d'échappement recirculés dépend de la rapidité de l'ouverture et de la fermeture de la vanne commandée 38. Ainsi, plus le temps de réponse de la vanne 38 est faible, plus la quantité des gaz d'échappement recirculés peut être importante, car plus l'ouverture et la fermeture sont rapides, plus la durée pendant laquelle la vanne est en positon ouverte d'ouverture peut être longue. Cependant, le circuit de recirculation 20 est sujet à un phénomène d'encrassement qui est essentiellement du aux s particules ou saletés, telles que de l'huile et des suies appartenant aux gaz d'échappement recirculant dans le circuit 20. On a constaté que ce phénomène est particulièrement important sur des pièces mobiles, telles que la vanne de recirculation 38 dont il affecte le bon fonctionnement et la fiabilité, et il est ainsi susceptible de provoquer d'importants dysfonctionnements ou des pannes du circuit de recirculation 20 et/ou du moteur 10. Conformément à l'invention et afin de résoudre ce io problème d'encrassement du circuit de recirculation 20 des gaz d'échappement, le moteur 10 comporte un dispositif commandé de décrassage 40 par injection d'un liquide de décrassage. Le dispositif commandé de décrassage 40 comporte des moyens 42 pour injecter un liquide de décrassage 44 dans une ou plusieurs zones déterminées du circuit de recirculation 20. Dans la description des figures 1 à 3 qui va suivre, on procédera à une description par comparaison, le moteur à combustion interne 10 ayant précédemment été décrit d'une manière générale. Selon le premier mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 1, les moyens d'injection 42 du dispositif de décrassage 40 comporte au moins un injecteur 46 de liquide de décrassage 44 qui est agencé de manière que le jet injecté soit dirigé en direction de la vanne de recirculation 38. En variante, l'injecteur 46 de liquide de décrassage 44 est agencé de manière que le jet injecté soit dirigé dans la vanne de recirculation 38. Grâce à l'invention, les particules sont notamment décollées de la zone déterminée par le jet de liquide de décrassage 44 injecté sous pression puis elles sont évacuées vers la chambre de combustion 12 dans laquelle elles sont éliminées lors de la combustion du mélange aircarburant. De préférence, l'injection de liquide de décrassage est réalisée lorsque la vanne 38 est en position fermée ou lorsque le débit de gaz d'échappement recirculant dans le circuit 20 est faible de sorte que le jet injecté atteigne précisément la zone déterminée. Avantageusement, les particules déposées sont aussi éliminées après injection du liquide de décrassage 44 par le flux des gaz d'échappement lorsque la vanne 38 est en position ouverte. L'injecteur 46 permet donc de décrasser la vanne 38 en supprimant ainsi tout risque de blocage et de panne du circuit 20. io Le liquide décrassage 44 consiste avantageusement en de l'essence qui est puisée dans le circuit principal d'alimentation en carburant, notamment du réservoir de carburant 48, et qui est amenée du réservoir 48 jusqu'à l'injecteur 46 par des moyens appropriés, tels qu'une pompe 50. Avantageusement, les moyens d'injection 42 qui sont constitués essentiellement par l'injecteur 46 et la pompe 50 appartiennent au circuit d'injection principal 74 d'essence du moteur 10. Ainsi, la réalisation d'un dispositif de décrassage 40 peut être obtenue à faible coût grâce à l'utilisation de moyens équipant déjà le véhicule et de l'essence comme liquide décrassage 44. L'injecteur 46 du dispositif de décrassage 40 peut être associé à des moyens à allumage commandé tels qu'une bougie 52 de manière à effectuer un décrassage par inflammation du liquide de décrassage 44 qui provoque alors une élimination par combustion des particules d'huile ou des suies. A cet effet, le liquide de décrassage 44 est un liquide inflammable tel que de l'essence. La bougie 52 est agencée au voisinage du jet de liquide de manière à provoquer une inflammation localisée dans la zone déterminée à traiter. Cependant, l'encrassement n'affecte pas uniquement la vanne 38 mais aussi l'ensemble du circuit d'admission 16 et notamment les soupapes d'admission dont les têtes s'encrassent i0 lors de l'admission du mélange dans la chambre de combustion 12. Ainsi dans le cas d'un moteur 10 à essence à injection directe, les moyens d'injection de liquide de décrassage comportent avantageusement au moins un injecteur supplémentaire 54 qui est agencé dans le conduit d'admission 27 de la culasse 14, en amont de la chambre de combustion 12, de manière que le jet injecté soit dirigé en direction de la ou des soupapes d'admission du circuit d'admission 16 du moteur 10. io Ainsi qu'on l'aura compris, le décrassage obtenu selon le dispositif 40 de l'invention résulte principalement de l'injection du liquide de décrassage sous pression par l'injecteur 46. De plus, il peut être complété par la mise en oeuvre de moyens d'allumage associés à l'injecteur et destinés à réaliser un is décrassage par inflammation d'un liquide de décrassage inflammable. Enfin, le liquide de décrassage déposé après injection assure une fonction de trempage / mouillage localisé facilitant le décollement ultérieur des dépôts à décrasser. La figure 2 illustre le second mode de réalisation de l'invention et représente plus particulièrement un moteur du type Diesel comportant un dispositif commandé de décrassage 40 qui comporte au moins un injecteur 46 de liquide de décrassage pour décrasser la vanne de recirculation 38. De préférence, le dispositif 40 comporte des moyens à allumage commandé associés aux moyens d'injection 42 et à un liquide de décrassage 44 inflammable tel que de l'essence. Ainsi par comparaison avec la figure 1, lorsque de l'essence, ou un autre liquide inflammable, est utilisée comme liquide de décrassage 44, le dispositif de décrassage 40 comporte alors des moyens auxiliaires pour alimenter l'injecteur 46 et/ou des injecteurs supplémentaires 54, qui sont ici distincts des injecteurs du circuit d'injection principal 74 du moteur 10. 2869648 Il Les moyens auxiliaires d'alimentation des moyens d'injection 42 comportent notamment une pompe 56 et un réservoir auxiliaire 58 pour le stockage du liquide de décrassage 44. Avantageusement, le circuit de recirculation 20 comporte un échangeur thermique 60 qui est de préférence agencé dans le conduit de recirculation 36, entre le point de piquage 31 sur le conduit d'échappement 32 et la vanne 38 de manière à diminuer la température des gaz d'échappement recirculés. io En variante, le liquide de décrassage 44 est du gasoil avantageusement préchauffé avant injection et on peut alors utiliser le circuit d'injection principal du véhicule, notamment le réservoir et la pompe, pour alimenter l'injecteur 46 du dispositif de décrassage 40. La figure 3 représente plus particulièrement un moteur Diesel du type comportant un dispositif de décrassage 40 selon l'invention et équipé d'un turbocompresseur. En variante, le moteur 10 suralimenté par le turbocompresseur est un moteur essence du type à injection directe. Par comparaison avec la figure 2, la vanne 38 est agencée dans le conduit de recirculation 36, interposée entre les deux extrémités du conduit 36 c'est-à-dire entre le point de piquage 31 sur le collecteur d'échappement 28 et le point de raccordement 33 avec le collecteur d'admission 22. Le circuit de recirculation 20 comporte un échangeur thermique 60, ici en amont de la vanne 38, en variante en aval. L'échangeur thermique 60 permet avantageusement de diminuer la température des gaz d'échappement qui sont mélangés avec l'air frais et donc de diminuer aussi la température dans les chambres de combustion 12 ce qui contribue à réduire la formation d'oxydes d'azote. Le circuit de recirculation 20 comporte, au point de raccordement 33 du conduit de recirculation 36 avec le conduit d'admission 24, un dispositif 62 mélangeur de gaz. Un tel dispositif 62 mélangeur de gaz permet de favoriser le mélange des gaz d'échappement et de l'air frais circulant dans le conduit d'admission 24 vers les chambres de combustion 12. Ainsi, le mélange constitué des gaz d'échappement et de l'air frais est plus homogène en composition et en température lors de son entrée dans les chambres de combustion 12. Comme on peut le voir sur la figure 3, le moteur 10 comporte un turbocompresseur 64 qui comporte un compresseur 66 qui met sous pression l'air frais atmosphérique et une turbine 68 qui est agencée dans la tubulure d'échappement 34 et qui fournit avantageusement l'énergie mécanique nécessaire à l'entraînement du compresseur 66. La compression de l'air atmosphérique dans le compresseur 66 provoque une augmentation de sa température. C'est la raison pour laquelle, le conduit d'admission 24 qui relie le compresseur 66 au collecteur d'admission 22 comporte de préférence un dispositif 70 refroidisseur d'air afin de limiter l'augmentation de la température des gaz injectés dans les chambres de combustion 12 ainsi que la formation d'oxydes lors de la combustion. Avantageusement, la mise en oeuvre du dispositif commandé de décrassage 40 par injection est de préférence réalisée automatiquement en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur 10 ou d'un kilométrage donné, en variante lors d'opération d'entretien. De préférence, le moteur 10 comporte une unité 30 électronique de commande 72 du ou des injecteurs 46, 54 du dispositif commandé de décrassage 40. Le dispositif commandé de décrassage 40 est par exemple piloté à partir d'une information représentative d'un paramètre de fonctionnement du moteur, tel que le régime du moteur ou la position angulaire du vilebrequin. En effet, de tels paramètres peuvent être utilisés par un système de calcul pour la gestion ou la commande d'autres dispositifs du moteur 10 ou du véhicule et sont donc facilement exploitables par l'unité électronique de commande 72 du dispositif de décrassage 40. En variante, le circuit de recirculation 20 comporte des moyens d'allumage commandé associés à des moyens d'injection 42 d'un liquide inflammable de décrassage, qui sont agencés en amont de la vanne de recirculation 38, par exemple pour décrasser un tronçon du conduit de recirculation 36. REVENDICATIONS 1. Moteur (10) à combustion, notamment pour véhicule automobile, du type comportant un circuit de recirculation (20) des gaz d'échappement du moteur qui comporte au moins un conduit de recirculation (36) reliant un point (31) du circuit (18) des gaz d'échappement à la chambre de combustion (12) d'au moins un cylindre du moteur (10) par l'intermédiaire du circuit d'admission (16) du moteur (10), et qui comporte au moins une vanne commandée de recirculation (38) pour réguler le débit de gaz s'écoulant dans le conduit de recirculation (36), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif commandé de décrassage (40) comportant des moyens (42) pour injecter un liquide de décrassage (44) dans une zone déterminée du circuit de recirculation (20). 2. Moteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'injection (42) comportent au moins un injecteur (46) de liquide de décrassage (44) agencé de manière que le jet injecté soit dirigé en direction de la vanne de recirculation (38). 3. Moteur (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'injection (42) comportent au moins un injecteur (46) de liquide de décrassage (44) agencé de manière que le jet injecté soit dirigé dans la vanne de recirculation (38). 4. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'injection (42) comportent au moins un injecteur (54) de liquide de décrassage agencé en amont de la chambre de combustion (12) de manière que le jet injecté soit dirigé en direction d'au moins une soupape d'admission que comporte le circuit d'admission (16) du moteur. 5. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide de décrassage (44) est un liquide inflammable, notamment de l'essence. 6. Moteur (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de décrassage (40) comporte des moyens (52) à allumage commandé, tel qu'une bougie, associés à au moins un injecteur (46) de liquide de décrassage (44) de manière à effectuer un décrassage par inflammation du liquide de décrassage (44). 7. Moteur (10) du type à essence, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide de décrassage (44) est de l'essence et en ce que les moyens io d'injection (42) du dispositif de décrassage (40) appartiennent au circuit d'injection principal (74) du moteur. 8. Moteur (10) du type Diesel, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de décrassage (40) comporte au moins un réservoir (56) de stockage de liquide de décrassage (44). 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de commande (72) des moyens d'injection (42) du dispositif de décrassage (40), notamment en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur (10). 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un turbocompresseur (64).