Brevet FR2879667A1 — publié le 20060623

DIFFUSEUR-MELANGEUR DE GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un diffuseur-mélangeur pour les gaz d'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Pour réduire les émissions de polluants des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, il est connu d'injecter une partie des gaz d'échappement, en mélange avec de l'air, comme comburant de la réaction de combustion qui a lieu dans le moteur. Ainsi, les composés polluants, qui résultent d'une combustion incomplète peuvent être transformés en composés moins polluants. Pour que ce procédé soit efficace, il est nécessaire de bien maîtriser l'homogénéité du mélange air-gaz d'échappement, introduit à l'admission du moteur, afin que chacun des cylindres du moteur soit traversé par un mélange contenant le même taux de gaz d'échappement. Le mélange air-gaz d'échappement doit être réalisé sur une faible longueur de conduit pour des questions d'encombrement et pour obtenir un meilleur temps de réponse pour le contrôle moteur. Par ailleurs, le mélangeur air-gaz d'échappement est souvent sujet à des problèmes d'encrassement liés au contact de l'air contenant des particules d'huile et à celui des gaz d'échappement contenant, entre autres, des suies. Le document EP 1 002 947 décrit une valve permettant le mélange de l'air et des gaz d'échappent re-circulés à l'admission du moteur. Cette valve, qui est montée en amont du moteur, comprend deux conduits parallèles, l'un parcouru par de l'air, l'autre par les gaz d'échappement re- circulés. Les deux conduits débouchent côte à côte dans une conduite commune qui est reliée à l'admission du moteur. Les orifices par lesquels les deux conduits débouchent dans la conduite commune sont munis chacun d'une vanne papillon. Les deux vannes papillon sont montées sur un même axe de manière à ce que lorsque l'orifice d'un des conduits est totalement fermé, l'autre est totalement ouvert. En pilotant l'axe commun des vannes papillons, on peut ainsi faire varier le débit de gaz d'échappement re- circulés et mélangés à l'air entrant. Du fait de l'utilisation d'un axe commun pour les vannes papillon, les deux conduits doivent être adjacents 2 2879667 et parallèles au moins au niveau de leurs orifices de sortie dans la conduite commune. Le document US 6 138 651 décrit un dispositif de re-circulation des gaz d'échappement dans lequel la conduite de re-circulation des gaz d'échappement débouche, dans la conduite d'amenée d'air, au niveau de deux orifices. Cette conduite d'amenée d'air sert ensuite à l'introduction du mélange air-gaz d'échappement dans le moteur. En amont des orifices d'entrée des gaz d'échappement, se trouve une vanne papillon qui régule le débit d'air entrant. Les gaz d'échappement entrant ont un mouvement tourbillonnaire et ont tendance à être refoulés en amont de leurs orifices d'entrée ce qui assure leur mélange avec l'air entrant au niveau de la vanne papillon. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif de mélange des gaz d'échappement re-circulés au niveau de l'admission 15 d'un moteur à combustion interne. Ce but est atteint au moyen d'un diffuseur-mélangeur de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant, de manière connue, un premier conduit destiné à la circulation de l'air et du mélange air-gaz d'échappement, comprenant une paroi latérale, un second conduit destiné à la re-circulation des gaz d'échappement et communiquant avec le premier conduit au niveau d'une première ouverture d'entrée, un élément de fermeture de la première ouverture d'entrée et des moyens d'entraînement réversible de cet élément de fermeture qui peut prendre une pluralité de positions entre une position d'ouverture où la première ouverture d'entrée n'est pas obturée et une position de fermeture dans laquelle l'élément de fermeture obture totalement la première ouverture d'entrée. De manière caractéristique, selon l'invention, la première ouverture d'entrée étant disposée sensiblement au niveau de la paroi latérale du premier conduit, l'élément de fermeture permet, quelle que soit sa position, le passage de l'air et/ou du mélange air-gaz d'échappement re-circulés à travers le premier conduit et les moyens d'entraînement sont aptes à entraîner l'élément de fermeture en déplacement le long de la paroi latérale du premier conduit de façon à obturer au moins partiellement la première ouverture d'entrée, moyennant quoi au moins une fraction du débit de gaz 3 2879667 d'échappement circulant dans le second conduit peut alors entrer dans le premier conduit. L'élément de fermeture étant coulissant le long de la paroi latérale du premier conduit, il permet, d'une part, de ne pas occasionner de pertes de charge trop importantes et, d'autre part, il ne limite pas l'orientation du second conduit par rapport au premier conduit comme c'est le cas dans le dispositif de l'art antérieur. De cette manière, il est possible, par exemple, en positionnant judicieusement le second conduit par rapport au premier conduit, d'orienter le jet de gaz d'échappement de façon à favoriser son mélange avec l'air circulant dans le premier conduit. Les formes des premier et second conduits ainsi que celle de l'élément de fermeture ne sont pas limitées selon l'invention. Ainsi, l'élément de fermeture peut être un volet coulissant dans ou autour du premier conduit, le long de la paroi latérale de ce dernier, de manière à obturer plus ou moins la première ouverture d'entrée. Selon un mode de réalisation particulier, la paroi latérale du premier conduit étant sensiblement cylindrique et définissant un axe de symétrie, l'élément de fermeture comporte une portion sensiblement tubulaire, de section sensiblement égale à la section du premier conduit et comportant une seconde ouverture d'entrée, l'élément de fermeture est alors monté mobile en rotation dans le premier conduit, autour de l'axe de symétrie de celui-ci, de façon à ce que la portion tubulaire forme avec le premier conduit un seul et unique passage, de section sensiblement constante, moyennant quoi au moins une fraction des gaz d'échappement circulant dans le second conduit peut passer dans le premier conduit lorsque la seconde ouverture d'entrée coïncide au moins en partie avec la première ouverture d'entrée. Cette forme particulière permet de ne pas avoir de saut de section dans le premier conduit et donc de ne pas occasionner de pertes de charge, en particulier lorsque la première ouverture d'entrée est obturée. Par ailleurs, la seconde ouverture d'entrée permet de créer un jet de gaz d'échappement dans le premier conduit assurant ainsi un mélange air-gaz d'échappement re-circulés homogène. De plus, un tel élément de fermeture n'étant pas intrusif puisque limité à la paroi latérale du premier conduit, il ne gêne en rien l'écoulement à l'intérieur de ce dernier. 4 2879667 Le second conduit peut déboucher directement dans le premier conduit ou déboucher sous le premier conduit au niveau d'un orifice qui communique avec la première ouverture d'entrée, l'élément de fermeture comportant alors, en outre, des moyens formant clapet aptes à obturer cet orifice, lorsque l'élément de fermeture est entraîné en mouvement. Ces moyens formant clapet permettent d'avoir une bonne étanchéité du second conduit lorsqu'on ne désire pas avoir de re- circulation de gaz d'échappement. De plus, le second conduit débouchant sous le premier conduit, il n'occasionne aucune perturbation du flux d'air circulant dans le premier conduit qui pourrait conduire à des pertes de charge, en particulier lorsqu'il n'y a aucune re-circulation des gaz d'échappement. Selon l'invention, les moyens d'entraînement de l'élément de fermeture ne sont pas limités; ils peuvent, par exemple, comporter une vis sans fin. Cette vis sans fin permet d'exercer une force assez importante sur l'élément de fermeture. Lorsque l'élément de fermeture comporte des moyens formant clapet tels que précités, la vis sans fin permet d'exercer une force suffisante pour obturer de manière quasi étanche l'orifice de sortie des gaz d'échappement. Par ailleurs, même en cas d'adhésion des moyens formant clapet contre l'orifice du second conduit, la vis sans fin permet, de par l'intensité de la force qu'elle exerce, de décoller les moyens formant clapet de l'orifice du second conduit. De plus, la vis sans fin limite les risques d'ouverture intempestive du diffuseur-mélangeur, dus aux pulsations de pression dans les conduits. Selon un mode de réalisation particulier, le second conduit est sensiblement perpendiculaire au premier conduit, mais l'invention n'est pas limitée à cette configuration particulière qui permet d'obtenir un bon mélange air-gaz d'échappement dans le premier conduit. Selon une variante de réalisation, le diffuseur-mélangeur de l'invention comporte des moyens de raclage d'au moins une partie de la première et/ou seconde ouverture d'entrée et/ou de l'orifice du second conduit. Ces moyens de raclage permettent d'éviter et/ou de prévenir le colmatage des ouvertures d'entrée du fait des dépôts de particules d'huile et/ou de suies qui ont tendance à se coller sur les bords de ces ouvertures. Ces moyens de raclage peuvent, par exemple, comporter au moins un appendice de raclage disposé sur la paroi latérale du premier conduit. 2879667 Selon un mode de réalisation particulier, l'élément de fermeture comporte un roulement à billes moyennant quoi il est monté mobile en rotation dans le premier conduit. Néanmoins, l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation, l'élément de fermeture pouvant, comme précédemment expliqué, être monté, par exemple, coulissant le long de la paroi du premier conduit, au moyen de deux coulisses ou de tout autre dispositif approprié. Selon un mode de réalisation particulier du premier conduit, il comporte une portion amont comprenant un épaulement et une portion aval qui forme une cavité et qui coopère avec la portion amont de façon à former un logement pour l'élément de fermeture. Ce mode de réalisation particulier permet d'insérer facilement l'élément de fermeture dans le premier conduit. De plus, l'élément de fermeture étant disposé dans un logement, les pertes de charges occasionnées sont limitées. Les moyens d'entraînement de l'élément de fermeture peuvent également comporter un moteur qui peut entraîner la vis sans fin précitée ou tout autre mécanisme (engrenages ou autre) susceptible de mettre en mouvement l'élément de fermeture. La présente invention, ses caractéristiques et les divers avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de deux exemples particuliers de réalisation de la présente invention et qui fait référence aux dessins annexés, cités à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente de manière schématique la position du diffuseur- mélangeur de l'invention dans un circuit d'alimentation en air avec re-circulation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne; - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale, selon l'axe II, d'un premier mode de réalisation du mélangeur-diffuseur de 30 l'invention; - la figure 3 représente une vue en coupe transversale, selon l'axe III du mode de réalisation de la figure 2; et - la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un second mode de réalisation de l'invention. 6 2879667 En référence à la figure 1, le diffuseur-mélangeur 1 de l'invention est disposé au niveau de l'admission d'air des cylindres C du moteur M. L'air pénètre dans le premier conduit 11 qui est relié aux cylindres C. Le premier conduit 11 se ramifie en quatre conduits 112 alimentant chacun un cylindre C. Les gaz d'échappement du moteur M sont évacués par le conduit d'échappement 3. Un second conduit 2 relie le conduit d'échappement 3 au premier conduit 11, en amont des ramifications 112 précitées, ce qui permet de faire re-circuler une partie des gaz d'échappement dans le moteur en les mélangeant à l'air amené par le premier conduit 11. Le diffuseur-mélangeur 1 de l'invention est disposé à l'intersection du premier conduit 11 avec le second conduit 2. En référence à la figure 2 qui représente une vue, d'un premier mode de réalisation de l'invention, en coupe selon l'axe II, visible sur la figure 1, le diffuseur-mélangeur 1 comporte un premier conduit 11 formé de deux portions 111 et 112 solidarisées de manière étanche. Une première ouverture d'entrée 115, ménagée dans la paroi latérale du conduit 11, permet aux gaz d'échappement contenus dans le second conduit 2 de pénétrer dans le premier conduit 11. Le diffuseur-mélangeur comporte également un élément de fermeture 4, sensiblement tubulaire et comportant un roulement à billes 5 et une lumière 41 qui sera ultérieurement désignée par le terme de seconde ouverture d'entrée . La forme de la lumière détermine l'orientation et la forme du jet de gaz d'échappement entrant dans le premier conduit, permettant ainsi, selon les conditions, d'obtenir un mélange le plus homogène possible. L'élément de fermeture 4 est monté mobile en rotation dans le premier conduit 11, au moyen du roulement à bille 5. La première portion 111 du premier conduit 11, qui est la plus en amont, comporte un épaulement 113 qui forme un logement pour le roulement à billes 5. La seconde portion 112 comporte une cavité 114 qui coopère avec l'épaulement 113 pour former un logement pour l'élément de fermeture 4. La seconde ouverture d'entrée 41 permet, selon sa position qui est contrôlée par la rotation de l'élément de fermeture 4 dans le premier conduit 11, de faire communiquer le premier conduit 11 avec le second conduit 2 à travers la première ouverture d'entrée 115. Une vis sans fin 7, qui coopère avec la surface externe de l'élément de fermeture 4, permet de 7 2879667 mettre ce dernier en rotation autour de l'axe de symétrie X du premier conduit 11. La forme tubulaire de l'élément de fermeture 4 qui tourne autour de l'axe X, dans le premier conduit 11, le long de la paroi cylindrique de ce dernier, permet de pas entraver le passage du fluide circulant dans le premier conduit 11. En particulier, dans le mode de réalisation représenté, il n'y a quasiment aucune variation de section du premier conduit 11 du fait de la présence de l'élément de fermeture 4. En référence à la figure 3, l'exemple particulier de diffuseur- mélangeur selon l'invention ici représenté comporte un clapet 43 équipant l'élément de fermeture 4 et disposé à proximité de la seconde ouverture d'entrée 41. Le clapet 43 permet, selon sa position, d'obturer l'orifice 22 du second conduit 2. Le second conduit 2, qui est sur les figures sensiblement perpendiculaire au premier conduit 11, débouche sous le premier conduit 11 au niveau d'une chambre 116 qui communique avec l'intérieur du premier conduit 11 par la première ouverture d'entrée 115. La position du clapet 43 est contrôlée par la rotation de l'élément de fermeture 4. Le clapet 43 est mobile entre deux positions extrêmes, la position 43a dans laquelle il obture l'orifice 22, et la position 43b, représentée en pointillés, dans laquelle le clapet 43 est le plus éloigné de l'orifice 22. Le fonctionnement de l'exemple particulier de réalisation va maintenant être décrit en référence à la figure 3. Lorsqu'il n'est pas nécessaire d'avoir une re-circulation des gaz d'échappement, le clapet 43 est maintenu contre l'orifice 22 et la seconde ouverture d'entrée 41 de l'élément de fermeture 4 est placée face à la paroi latérale du premier conduit 11. Dans cette position, la première ouverture d'entrée 115 est bouchée par l'élément de fermeture 4. Lorsqu'il est nécessaire de re-circuler des gaz d'échappement, un moteur (non représenté) actionne la vis sans fin 7 ce qui à pour effet de faire pivoter l'élément de fermeture 4 dans le premier conduit 11, autour de l'axe X. Le clapet 43 s'éloigne alors de l'orifice 22 et les gaz d'échappement représentés par la flèche EGR pénètrent dans la chambre 116. La rotation de l'élément de fermeture 4 entraîne, dans le même temps, la seconde ouverture d'entrée 41 en rotation de sorte que celle-ci communique au moins partiellement avec la première ouverture d'entrée 115. Il s'ensuit que 8 2879667 les gaz d'échappement re-circulés EGR peuvent pénétrer dans le premier conduit 11. La disposition du clapet 43 implique que plus le clapet 43 est éloigné de l'orifice 22, c'est-à-dire plus le débit de gaz d'échappement recirculés sortant de l'orifice 22 est important, plus la partie de la seconde ouverture d'entrée 41 coïncidant avec la première ouverture d'entrée 115 a une surface importante, permettant donc à un débit plus important de gaz d'échappement de pénétrer dans le premier conduit 11. Dans le mode de réalisation particulier illustré, la première ouverture d'entrée 115 est relativement grande ce qui permet de ne pas gêner la sortie des gaz d'échappement re- circulés qui pénètrent d'abord dans la chambre 116, même lorsque leur débit est maximum.. Par ailleurs, le clapet 43 permet d'orienter les gaz d'échappement re-circulés vers le premier conduit 11, ceux-ci ricochant à la surface du clapet 43 dès leur sortie du second conduit 2, sont renvoyés vers la première ouverture d'entrée 115. Dans le mode de réalisation représenté, le clapet 43 permet également de faire tomber les éventuels dépôts formés, notamment, au niveau des bords de la première ouverture d'entrée 115. Néanmoins, il est possible, selon un autre mode de réalisation de remplacer ce clapet 43 ou de compléter son action avec un appendice de raclage judicieusement disposé sur la surface externe de l'élément de fermeture 4 et qui permet, lorsqu'il est en mouvement de gratter les éventuels dépôts et de prévenir ainsi un encrassement du diffuseur- mélangeur de l'invention. Selon une autre variante, un appendice 8 (représenté en pointillés sur la figure 3) est disposé sur la paroi latérale du premier conduit 11. Cet appendice pénètre dans la seconde ouverture 41 sans gêner son déplacement et permet ainsi de gratter les éventuels dépôts formés au niveau des bords de cette dernière. La taille et la forme de cet appendice sont à adapter en fonction des caractéristiques de la seconde ouverture d'entrée 41. Selon une autre variante qui peut être combinée avec le premier mode de réalisation ou l'un des deux précités, le clapet 43 comporte sur sa face en contact avec l'orifice 22, une collerette 45 (représentée en pointillés sur la figure 3). Cette collerette 45 permet en pénétrant dans le conduit 2 de racler les éventuels dépôts formés autour de l'orifice 22. Selon un second mode de réalisation représenté sur la figure 4, le 35 second conduit 2 débouche directement dans le premier conduit 11. 9 2879667 L'orifice 22 se confond alors avec la première ouverture 115. Dans ce mode de réalisation qui ne comporte pas le clapet 43 et ne nécessite donc pas la chambre 116 qui permet le mouvement de ce dernier, les gaz d'échappement recyclés pénètrent dans le premier conduit 11 lorsque la seconde ouverture 41 coïncide au moins partiellement avec l'orifice 22. Le débit de gaz d'échappement recyclés dépend comme précédemment de la surface de la partie de la seconde ouverture 41 coïncidant avec l'orifice 22. 2879667 REVENDICATIONS 1. Diffuseur-mélangeur (1) de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant un premier conduit (11) destiné à la circulation de l'air et du mélange air-gaz d'échappement et comprenant une paroi latérale, un second conduit (2) destiné à la re-circulation des gaz d'échappement et communiquant avec ledit premier conduit (11) au niveau d'une première ouverture d'entrée (115), un élément de fermeture (4) de ladite première ouverture d'entrée (115), mobile, et des moyens d'entraînement réversible (7) dudit élément de fermeture (4), ledit élément de fermeture (4) pouvant prendre une pluralité de positions entre une position d'ouverture où ladite première ouverture d'entrée (115) n'est pas obturée et une position de fermeture dans laquelle ledit élément de fermeture (4) obture totalement ladite première ouverture d'entrée (115), caractérisé en ce que ladite première ouverture d'entrée (115) étant disposée sensiblement au niveau de ladite paroi latérale dudit premier conduit (11), ledit élément de fermeture (4) permet, quelle que soit sa position, le passage de l'air et/ou du mélange air-gaz d'échappement re-circulés à travers ledit premier conduit (11) et en ce que lesdits moyens d'entraînement (7) sont aptes à entraîner ledit élément de fermeture (4) en déplacement le long de ladite paroi latérale dudit premier conduit (11) de façon à obturer au moins partiellement ladite première ouverture d'entrée (115), moyennant quoi au moins une fraction du débit de gaz d'échappement circulant dans ledit second conduit (2) peut alors entrer dans ledit premier conduit (11). 2. Diffuseur-mélangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi latérale dudit premier conduit (11) étant sensiblement cylindrique et définissant un axe de symétrie (X), ledit élément de fermeture (4) comporte une portion sensiblement tubulaire, de section sensiblement égale à la section dudit premier conduit (11) et comportant une seconde ouverture d'entrée (41) et en ce que ledit élément de fermeture (4) est monté mobile en rotation dans ledit premier conduit (11), autour dudit axe de symétrie (X), de façon à ce que ladite portion tubulaire forme avec ledit premier conduit (11) un seul et unique passage, de section sensiblement constante, moyennant quoi au moins une fraction des gaz d'échappement circulant dans ledit second conduit (2) peut passer dans ledit 11 2879667 premier conduit (11) lorsque la seconde ouverture d'entrée (41) coïncide au moins en partie avec ladite première ouverture d'entrée (115). 3. Diffuseur-mélangeur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit second conduit (2) débouchant sous le premier conduit (11) au niveau d'un orifice (22) qui communique avec ladite première ouverture d'entrée (115), ledit élément de fermeture (4) comporte, en outre, des moyens formant clapet (43) aptes à obturer ledit orifice (22), lorsque ledit élément de fermeture (4) est entraîné en mouvement. 4. Diffuseur-mélangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 10 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement dudit élément de fermeture comportent une vis sans fin (7). 5. Diffuseur-mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit second conduit (2) est sensiblement perpendiculaire audit premier conduit (11). 6. Diffuseur-mélangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de raclage (43; 8; 45) d'au moins une partie de ladite première et/ou seconde ouverture d'entrée (115; 41) et/ou dudit orifice (22) dudit second conduit (2). 7. Diffuseur-mélangeur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce 20 que lesdits moyens de raclage comportent au moins un appendice de raclage (8) disposé sur la paroi latérale dudit premier conduit (11). 8. Diffuseur-mélangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture (4) comporte un roulement à billes (5) moyennant quoi il est monté mobile en rotation dans ledit premier conduit (11). 9. Diffuseur-mélangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit premier conduit (11) comporte une portion amont (111) comprenant un épaulement (113) et une portion aval (112) qui forme une cavité (114) et qui coopère avec ladite portion amont (111) de façon à former un logement pour ledit élément de fermeture (4). 10. Diffuseur-mélangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement dudit élément de fermeture comportent un moteur.