Brevet FR2885178A1 — publié le 20061103

GROUPE MOTOPROPULSEUR COMPORTANT UN CIRCUIT DE NETTOYAGE D'UN CIRCUIT DE RECIRCULATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT L'invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile, du type comportant: - un moteur à combustion interne relié à un circuit d'admission par un collecteur d'admission et relié à un circuit d'échappement par un collecteur d'échappement, le to circuit d'échappement comportant un filtre à particules et un tuyau d'échappement, - un circuit de recirculation des gaz d'échappement comportant * au moins un conduit de recirculation qui est monté en dérivation entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission * au moins un échangeur thermique et * au moins une vanne de recirculation, dite vanne EGR, commandant la recirculation d'au moins une partie des gaz d'échappement vers le circuit d'admission. Typiquement, un circuit de recirculation basse pression est connecté entre la ligne d'échappement, à la sortie du filtre à particules, appelé FAP, et la ligne d'admission d'air, à l'entrée du compresseur. Ce circuit comprend un échangeur thermique, une vanne et un volet échappement. Le brevet WO 0192711 décrit un tel circuit. Mais la recirculation des gaz dans l'échangeur thermique, le refroidisseur, entraîne, généralement, un encrassement qui vient colmater le circuit EGR. Pour remédier à ce problème, les éléments du circuit EGR sont enlevés et remplacés par des éléments neufs tels que l'échangeur thermique, la vanne. Cette méthode représente un entretien régulier et un coût important pour l'utilisateur. - 2 Afin de pallier ces inconvénients, l'invention propose un groupe motopropulseur dont le circuit de recirculation peut être nettoyé simplement et efficacement. A cet effet, l'invention propose un groupe motopropulseur du type cité cidessus, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de nettoyage d'un tronçon du circuit de recirculation comportant - le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer comportant un point d'entrée et un point de sortie io - un tronçon amont reliant une sortie de gaz d'échappement et le point d'entrée - un tronçon aval reliant le point de sortie et le tuyau d'échappement - des moyens de commande de façon à faire circuler les gaz d'échappement en sortie du filtre à particules dans le circuit de nettoyage et de les évacuer dans le tuyau d'échappement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer comporte 20 l'échangeur thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le conduit de recirculation est relié en aval du filtre à particules au circuit d'admission. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le 25 circuit de nettoyage comporte: * une partie du circuit de recirculation formée par le tronçon amont, * le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer et * un conduit formé par le tronçon aval - un moyen de commande et le point de sortie sont la vanne EGR - et un moyen de commande du tuyau d'échappement en aval du filtre à particules est un volet à contrepression situé en aval de la jonction du tronçon amont avec le tuyau d'échappement en aval du filtre à particules et situé en amont de la jonction du tronçon aval avec le tuyau d'échappement en aval du filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le conduit de recirculation est relié au collecteur d'échappement et au collecteur d'admission du moteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le circuit de nettoyage comporte * un conduit 25 formé par le tronçon amont io * le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer * un conduit 23 formé par le tronçon aval, un moyen de commande du tronçon aval et le point de sortie sont la vanne EGR, un moyen de commande du tronçon amont est une vanne 15 V2 et un moyen de commande du tuyau d'échappement en aval du filtre à particules est un volet à contrepression situé en aval de la jonction du tronçon amont avec le tuyau d'échappement en aval du filtre à particules et situé en amont de la jonction du tronçon aval avec le tuyau d'échappement en aval du filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la vanne V2 est le point d'entrée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le 25 circuit de nettoyage comporte * une partie du circuit de recirculation formée par le tronçon amont, * le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer * un conduit formé par le tronçon aval - et un moyen de commande et le point de sortie (S) sont la vanne (V1). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées. La figure 1 illustre un groupe motopropulseur comportant un circuit EGR basse pression selon l'invention. La figure 2 illustre un groupe motopropulseur 5 comportant un circuit EGR haute pression selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 illustre un groupe motopropulseur comportant un circuit EGR haute pression selon un second mode de réalisation de l'invention. io Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Tel que représenté aux figures 1, 2 et 3, un groupe motopropulseur est désigné de façon générale par la référence 1 et dont la structure générale connue ne sera pas entièrement détaillée ci-après. Le groupe motopropulseur 1 comporte un moteur à combustion interne 4, par exemple un moteur diesel à quatre cylindres 2 et de type suralimenté. Le moteur 4 comporte, en particulier, un circuit d'admission, un circuit d'échappement, un système de commande, et un circuit de recirculation. Le circuit d'admission comporte un conduit d'admission 9, une soupape d'étranglement d'admission 13, un collecteur d'admission 8, un filtre à air 10 et un refroidisseur intermédiaire 16. Le conduit d'admission 9 guide l'air d'admission introduit par le filtre à air 10 vers le collecteur d'admission 8. Le collecteur d'admission 8 est raccordé au moteur 4 pour alimenter les cylindres 2 en air. La soupape d'étranglement d'admission 13 est disposée en amont du collecteur d'admission 8 et permet d'augmenter ou de diminuer la quantité d'air circulant dans les cylindres 2. Le compresseur 15a d'un turbocompresseur 15 et un refroidisseur intermédiaire 16 sont disposés dans le conduit d'admission entre le filtre à air 10 et la soupape d'étranglement d'admission 13. Le refroidisseur intermédiaire 16 est disposé dans le conduit d'admission 9 en aval du compresseur 15a. L'air d'admission nettoyé par un filtre à air 10 s'écoule vers le compresseur 15a à travers le conduit d'admission 9 pour y être comprimé. Puis, il est refroidi dans le refroidisseur intermédiaire 16 et parvient au collecteur d'admission 8 selon un débit contrôlé par la io soupape d'étranglement d'admission 13. Le système de commande non représenté comporte une unité de commande électronique UCE. Différents capteurs sont connectés à l'UCE. Leurs signaux de sortie sont exploités par l'UCE pour commander des moyens de commande tels que la soupape d'étranglement d'admission 13. Le circuit d'échappement forme un passage de gaz d'échappement à travers lequel le gaz d'échappement en provenance de chaque cylindre 2 est éjecté vers l'extérieur du corps du moteur 4. Ce circuit d'échappement comporte un collecteur d'échappement 18, qui est relié au moteur 4 et à la turbine 15b du turbocompresseur 15, ce circuit comporte également un système de post-traitement. Un tuyau d'échappement 19 relie la turbine 15b au système de post-traitement et se poursuit en aval du système de post- traitement. Le système de post-traitement comporte, en particulier, un filtre à particules 3. Le circuit de recirculation relie le circuit d'échappement au circuit d'admission. Le circuit de recirculation comporte un échangeur thermique qui est un refroidisseur 26, et une vanne VI. Le circuit de recirculation peut être nettoyé sur un tronçon par un circuit de nettoyage. Ce circuit de nettoyage comporte: - le tronçon à nettoyer qui comporte un point d'entrée E et un point de sortie S; - un tronçon amont reliant une sortie de gaz d'échappement 18, 19 et le point d'entrée E; - un tronçon aval reliant le point de sortie S et le tuyau d'échappement 19; - des moyens de commande permettant de faire circuler les gaz d'échappement dans le circuit de nettoyage et de les évacuer dans le tuyau d'échappement 19. io Selon un premier mode de fonctionnement, tel que représenté à la figure 1, le circuit de recirculation est un circuit de recirculation à basse pression. Par l'intermédiaire d'un conduit, appelé conduit de recirculation 20, une partie des gaz issus du filtre à particules 3 retourne en amont du circuit d'admission, en aval du filtre à air 10. Un tronçon du circuit de recirculation comportant le refroidisseur 26 est nettoyé par un circuit de nettoyage. Le circuit de nettoyage comporte: le tronçon à nettoyer qui est délimité par le point d'entrée E positionné arbitrairement en amont du refroidisseur 26 et par le point de sortie S correspondant à la vanne V1, disposée en aval du refroidisseur 26; -le tronçon amont qui correspond à un tronçon du conduit de recirculation 20 reliant le tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules et le point d'entrée E; - le tronçon aval, appelé conduit 23, reliant le point de sortie S ou V1 et le tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules 3 La vanne V1 est à trois voies A, B, C. La voie A est dirigée vers le circuit d'admission, la voie B est dirigée vers le refroidisseur 26 et la vanne C est dirigée vers le conduit 23. Le tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules 3 comporte en aval du tronçon amont et en amont du conduit 23 un volet à contrepression 24 qui permet de diriger les gaz issus du filtre à particules 3 vers le circuit de recirculation. La vanne VI à trois voies A, B, C et le volet à contrepression 24 permettent de choisir un des deux modes suivants: - un mode de recirculation des gaz, appelé mode dépollution quand les voies A et B sont ouvertes et la voie C est fermée et quand le volet à contrepression 24 est partiellement fermé; - un mode de nettoyage du circuit de recirculation quand les voies B et C sont ouvertes et la voie A est fermée et quand le volet à contrepression 24 est partiellement fermé. Pour commander ces opérations, la vanne V1 et le volet à contrepression 24 sont reliés à l'UCE. En mode dépollution , le volet à contrepression 24 est partiellement fermé et la vanne V1 est ouverte du côté du filtre à particules 3 (voie B) et du circuit d'admission (voie A). Une partie des gaz d'échappement sortant du filtre à particules 3 est introduite dans le circuit de recirculation 20 selon un débit contrôlé par la vanne V1 et le volet à contrepression 24. La partie des gaz d'échappement est refroidie par le refroidisseur 26 puis est mélangée à de l'air frais d'admission dans le conduit d'admission 9. Ce mélange s'écoule ensuite vers le compresseur 15a à travers le conduit d'admission 9 pour y être comprimé. Puis, il est refroidi dans le refroidisseur intermédiaire 16 et parvient au collecteur d'admission 8 selon un débit contrôlé par la soupape d'étranglement d'admission 13 de façon à être introduit dans les chambres de combustion de chaque cylindre 2 du moteur 4. La température de combustion du mélange devient relativement faible de cette façon la génération d'oxydes d'azote NOX est réduite. En mode nettoyage , le volet à contrepression 24 est partiellement fermé et la vanne VI est ouverte du côté du filtre à particules 3 (voie B) et du conduit 23 (voie C). Les gaz sortant du filtre à particules 3 sont introduits dans une partie du circuit de recirculation c'est-à-dire les gaz traversent le refroidisseur 26 inactif, la vanne VI. Ensuite to ces gaz circulent dans le conduit 23 jusqu'au tuyau d'échappement 19 en aval du volet à contrepression 24. La température des gaz sortant du filtre à particules 3 atteint environ 500 C ce qui permet d'éviter le colmatage du refroidisseur 26 et de la vanne V1. En effet, en mode dépollution , de la matière peut rester collée aux parois de la vanne V1 et du refroidisseur 26. En mode nettoyage , le flux de gaz sortant du filtre à particules 3 permet d'assécher cette matière et de l'évacuer vers l'échappement. Selon un second mode de fonctionnement, tel que représenté à la figure 2 et à la figure 3, le circuit de recirculation est un circuit de recirculation à haute pression. Une partie des gaz issus du collecteur d'échappement 18 retourne au collecteur d'admission 8. Un tronçon du circuit de recirculation comportant le refroidisseur 26 est nettoyé par un circuit de nettoyage. Deux modes de réalisation sont proposés pour ce second mode de fonctionnement. Selon un premier mode de réalisation, tel que représenté à la figure 2, le circuit de nettoyage comporte: -le tronçon à nettoyer qui est délimité par le point d'entrée E qui est positionné arbitrairement en amont du refroidisseur 26 et qui correspond à une vanne V2 et par le - 9 point de sortie S qui correspond à la vanne V1, disposée en aval du refroidisseur 26; - le tronçon amont, appelé conduit 25, reliant le tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules 3 et le point d'entrée E ou V2; -le tronçon aval, appelé conduit 23, reliant le point de sortie S ou V1 et le tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules 3. La vanne VI est à trois voies. La voie A est dirigée io vers le circuit d'admission, la voie B est dirigée vers le refroidisseur 26 et la voie C est dirigée vers le conduit 23. Une vanne V2 est à trois voies P, Q, R. La voie P est dirigée vers le refroidisseur 26, la voie Q dirigée vers le collecteur d'échappement 18 et la voie R est dirigée vers le conduit 25. Le tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules 3 comporte en aval du conduit 25 et en amont du conduit 23 un volet à contrepression 24 qui permet de diriger les gaz issus du filtre à particules 3 vers le circuit de recirculation. Les vannes V1, V2 et le volet à contrepression 24 permettent de choisir un des deux modes suivants: - un mode de recirculation des gaz, appelé mode dépollution quand les voies P, Q, A, B sont ouvertes et les voies C, R sont fermées et quand le volet à contrepression 24 est ouvert, - un mode de nettoyage des éléments du circuit de recirculation quand les voies R, P, B, C sont ouvertes et les voies Q, A sont fermées et quand le volet à contrepression 24 est partiellement fermé. Pour commander ces opérations, les vannes VI, V2 et le volet à contrepression 24 sont reliés à l'UCE. En mode dépollution , une partie des gaz d'échappement sortant du collecteur d'échappement 18 est - 10- introduite dans le circuit de recirculation selon un débit contrôlé par la vanne V1 et le volet à contrepression 24. Cette partie des gaz d'échappement est refroidie par le refroidisseur 26 puis est mélangée à de l'air frais d'admission dans le conduit d'admission 9 de façon à être introduite dans les chambres de combustion de chaque cylindre 2 du moteur 4. La température de combustion du mélange devient relativement faible de cette façon la génération d'oxydes d'azote NOX est réduite. io En mode nettoyage , les gaz sortant du filtre à particules 3 sont introduits dans le conduit 25 pour circuler dans une partie du circuit de reciculation c'est-à-dire les gaz traversent la vanne V2, le refroidisseur 26 inactif, la vanne VI. Ensuite, ils circulent dans la branche 23 jusqu'au tuyau d'échappement 19 en aval du filtre à particules 3. La température des gaz sortant du filtre à particules 3 atteint environ 500 C ce qui permet d'éviter le colmatage du refroidisseur 26 et des vannes V1 et V2. En effet, en mode dépollution , de la matière peut rester collée aux parois des vannes V1, V2 et du refroidisseur 26. Le flux de gaz sortant du filtre à particules 3 permet d'assécher cette matière et de l'évacuer vers l'échappement. Selon un second mode de réalisation, tel que représenté à la figure 3, le circuit de nettoyage comporte: -le tronçon à nettoyer qui est délimité par le point d'entrée E positionné arbitrairement en amont du refroidisseur 26 et par le point de sortie S correspondant à la vanne V1, qui est disposée en aval du refroidisseur 26; -le tronçon amont qui correspond à un tronçon du conduit de recirculation 20 reliant le collecteur d'échappement 18 et le point d'entrée E; - le tronçon aval, appelé conduit 23, reliant le point de sortie S ou V1 et le tuyau d'échappement 19 en amont du filtre à particules 3. La vanne VI est à trois voies. La voie A est dirigée vers le circuit d'admission, la voie B est dirigée vers le refroidisseur 26 et la voie C est dirigée vers le conduit 23. La vanne V1 permet de choisir un des deux modes suivants: - un mode de recirculation des gaz, appelé mode to dépollution quand les voies A, B sont ouvertes et la voie C est fermée, - un mode de nettoyage des éléments du circuit de recirculation quand les voies B, C sont ouvertes et la voie A est fermée. Pour commander ces opérations, la vanne V1 est reliée à l'UCE. En mode dépollution , une partie des gaz d'échappement sortant du collecteur d'échappement 18 est introduite dans le circuit de recirculation selon un débit contrôlé par la vanne VI. Cette partie des gaz d'échappement est refroidie par le refroidisseur 26 puis est mélangée à de l'air frais d'admission dans le conduit d'admission 9 de façon à être introduite dans les chambres de combustion de chaque cylindre 2 du moteur 4. La température de combustion du mélange devient relativement faible de cette façon la génération d'oxydes d'azote NOX est réduite. En mode nettoyage , les gaz sortant du collecteur d'échappement 18 sont introduits dans le conduit 20 pour circuler dans une partie du circuit de reciculation c'est-à-dire les gaz traversent le refroidisseur 26 inactif, la vanne VI. Ensuite, ils circulent dans la branche 23 jusqu'au tuyau d'échappement 19 en amont du filtre à particules 3. La température des gaz sortant du collecteur d'échappement - 12- 18 atteint environ 500 C ce qui permet d'éviter le colmatage du refroidisseur 26 et de la vanne VI. En effet, en mode dépollution , de la matière peut rester collée aux parois de la vanne V1 et du refroidisseur 26. Le flux de gaz sortant du collecteur d'échappement 18 permet d'assécher cette matière et de l'évacuer vers le tuyau d'échappement 19 en amont du filtre à particules 3 pour qu'elle soit traitée dans le filtre à particules 3. Dans le premier mode de fonctionnement, la vanne io VI du circuit de recirculation est utilisée pour permettre à la fois le fonctionnement en mode "dépollution" et le fonctionnement en mode "nettoyage". Pour permettre le fonctionnement en mode "nettoyage", il est également possible d'utiliser une autre vanne soit une vanne à trois voies à la jonction du conduit de recirculation 20 et du conduit 23 soit une vanne à deux voies sur le conduit 23. Dans le premier mode de réalisation du second mode de fonctionnement, la vanne V2 peut être positionnée arbitrairement sur le conduit de nettoyage 25. Dans les modes de fonctionnements cités, le circuit de nettoyage permet de nettoyer à la fois la vanne EGR et l'échangeur thermique mais il est également possible d'envisager par un choix du positionnement du ou des conduit(s) 23, 25 uniquement le nettoyage de la vanne EGR ou de l'échangeur thermique. Par exemple, dans le premier mode de réalisation du second mode de fonctionnement, le conduit 25 peut être positionné en aval du refroidisseur 26 et en amont de la vanne V1, dans cette configuration, seule la vanne V1 pourra faire l'objet d'un nettoyage. La présente invention n'est pas limitée aux modes de fonctionnements décrits, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. - 13 - REVENDICATIONS 1. Groupe motopropulseur (1) de véhicule automobile, du type comportant: un moteur (4) à combustion interne relié à un circuit d'admission par un collecteur d'admission (8) et relié à un circuit d'échappement par un collecteur d'échappement (18), le circuit d'échappement comportant un filtre à particules (3) et un tuyau d'échappement (19), - un circuit de recirculation des gaz d'échappement comportant * au moins un conduit de recirculation (20) qui est monté en dérivation entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission * au moins un échangeur thermique (26) et * au moins une vanne de recirculation (VI), dite vanne EGR, commandant la recirculation d'au moins une partie des gaz d'échappement vers le circuit d'admission caractérisé en ce que le groupe motopropulseur comporte un circuit de nettoyage d'un tronçon du circuit de recirculation comportant - le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer comportant un point d'entrée (E) et un point de sortie (S) - un tronçon amont reliant une sortie de gaz d'échappement (18, 19) et le point d'entrée (E) - un tronçon aval (23) reliant le point de sortie (S) et le tuyau d'échappement (19) - des moyens de commande (V1, V2, 24) de façon à faire circuler les gaz d'échappement dans le circuit de nettoyage et de les évacuer dans le tuyau d'échappement (19). - 14 - 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer comporte l'échangeur thermique (26). 3. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le conduit de recirculation (20) est relié en aval du filtre à particules (3) au circuit d'admission. io 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que - le circuit de nettoyage comporte * une partie du circuit de recirculation formée par le tronçon amont, * le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer * un conduit (23) formé par le tronçon aval - un moyen de commande et le point de sortie (S) sont la vanne (V1) - et un moyen de commande du tuyau d'échappement (19) en aval du filtre à particules (3) est un volet à contrepression (24) situé en aval de la jonction du tronçon amont avec le tuyau d'échappement (19) en aval du filtre à particules et situé en amont de la jonction du conduit (23) avec le tuyau d'échappement (19) en aval du filtre à particules (3). 5. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le conduit de recirculation (20) est relié au collecteur d'échappement (18) et au collecteur d'admission (8) du moteur (4). 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de nettoyage comporte - 15 - * un conduit (25) formé par le tronçon amont * le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer * un conduit (23) formé par le tronçon aval - un moyen de commande du tronçon aval et le point de 5 sortie (S) sont la vanne (V1), - un moyen de commande du tronçon amont est une vanne (V2). - et un moyen de commande du tuyau d'échappement (19) en aval du filtre à particules (3) est un volet à contrepression (24) situé en aval de la jonction du conduit (25) avec le tuyau d'échappement (19) en aval du filtre à particules et situé en amont de la jonction du conduit (23) avec le tuyau d'échappement (19) en aval du filtre à particules (3). 7. Groupe motopropulseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vanne (V2) est le point d'entrée (E). 8. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de nettoyage comporte * une partie du circuit de recirculation formée par le tronçon amont, * le tronçon du circuit de recirculation à nettoyer * un conduit (23) formé par le tronçon aval - et un moyen de commande et le point de sortie (S) sont la vanne (V1).