Brevet FR2895028A1 — publié le 20070622

"Dispositif de melange de fluides pour groupe motopropulseur" L'invention concerne un dispositif de melange d'au moins deux fluides. L'invention concerne plus particulierement un dispositif de melange d'au moins deux fluides, notamment de fluides s'ecoulant dans un circuit d'un groupe motopropulseur de vehicule automobile, du type comportant : - un conduit principal dans lequel s'ecoule un flux d'un io premier fluide selon un sens d'amont en aval et dont la paroi est equipee d'un orifice de sortie et d'un orifice d'entree ; - un conduit de derivation qui communique avec le conduit principal au moyen de ('orifice d'entree et de ('orifice de sortie du conduit principal et qui est apte a deriver une partie du premier is fluide au moyen desdits orifices d'entree et de sortie ; - un conduit secondaire dans lequel s'ecoule un flux d'un second fluide, et qui comporte un trongon de sortie qui est raccorde au conduit principal et/ou au conduit de derivation, de sorte que le premier et le second fluide se melangent. 20 Les moteurs a combustion interne produisent et emettent dans les gaz d'echappement des substances polluantes toxiques, en particulier des oxydes d'azote ou NOx. Or, les normes antipollution applicables aux vehicules automobiles imposent aux constructeurs des quantites de 25 substances polluantes rejetees dans ('atmosphere qui doivent titre de plus en plus faibles. De maniere connue, la recirculation des gaz d'echappement consiste a injecter un melange de gaz constitue de gaz d'echappement provenant du circuit d'echappement, et constitue 30 de gaz frais provenant du circuit d'admission, dans les chambres de combustion des cylindres. Un des problemes rencontre est I'heterogeneite du melange des gaz d'echappement avec les gaz frais, qui peut se 2 traduire par des instabilites de combustion ou remission de polluants. C'est la raison pour laquelle certains moteurs a combustion sont equipes d'un dispositif de melange des gaz frais et des gaz d'echappement pour ameliorer I'homogeneite du melange. On connait de nombreux exemples de dispositifs de melange des gaz pour groupe motopropulseur. Certains dispositifs de melange comportent un conduit principal dans lequel s'ecoulent les gaz frais et comportent un io conduit secondaire dans lequel s'ecoulent les gaz d'echappement. Le conduit secondaire est raccorde au conduit principal de maniere que les gaz d'echappement s'ecoulent dans le conduit principal avec les gaz frais. Ces dispositifs comportent des moyens de perturbation du is flux des gaz dans une zone proche d'une zone de raccordement des deux conduits, notamment dans le conduit principal. Les moyens de perturbation sont par exemple une pluralite d'elements qui s'opposent en partie au flux des gaz de maniere a creer des perturbations et des turbulences pour que les gaz frais 20 et les gaz d'echappement se melangent. De tels dispositifs melangent efficacement les gaz frais et les gaz d'echappement, mais ils provoquent une perte de charge importante dans le conduit comportant les moyens de perturbation, car ces derniers genent I'ecoulement des gaz. 25 Or, a certains regimes du moteur, la recirculation des gaz d'echappement n'est pas necessaire, auxquels cas ces dispositifs de melange des gaz presentent ('inconvenient de provoquer une perte de charge inutile. Le document JP-A-349355 decrit un dispositif de melange 30 de gaz comportant un conduit principal de gaz frais qui communique avec un conduit de derivation par I'intermediaire d'un orifice d'entree et d'un orifice de sortie, a travers lesquels une 3 partie des gaz frais qui circulent dans le conduit principal est derivee a travers le conduit de derivation. Le dispositif comporte un conduit de recirculation des gaz d'echappement qui injecte les gaz d'echappement recircules dans s le conduit de derivation. Ainsi, les gaz frais et les gaz d'echappement s'ecoulent dans le conduit de recirculation et sont melanges par des moyens de perturbation agences dans le conduit de derivation avant d'etre reinjectes dans le conduit principal au travers de ('orifice de sortie. io Ainsi, les moyens de perturbation ne sont pas agences dans le conduit principal et genent moins I'ecoulement du flux des gaz frais dans le conduit principal. Cependant, ce dispositif n'est pas satisfaisant, car la partie des gaz frais, qui est derivee du conduit principal vers le conduit is de derivation, represente une perte de charge. Or, pour les memes raisons que celles citees precedemment, cette perte de charge est inutile a certains regimes du moteur. Dans le but de remedier a ces inconvenients, ('invention 20 propose un dispositif du type precedemment decrit, caracterise en ce que le dispositif comporte un element mobile entre une position ouverte et une position fermee de maniere a obturer ou non ('orifice d'entree du conduit principal. Grace a ('invention, it est possible de melanger 25 efficacement les gaz d'echappement, ou des gaz d'echappement recircules, avec les gaz frais lorsque la recirculation des gaz d'echappement est necessaire. De plus, it est possible de ne pas ou peu provoquer de pertes de charge lorsque la recirculation des gaz d'echappement 30 n'est pas necessaire. Selon d'autres caracteristiques de ('invention - ('element mobile est en position ouverte, it s'etend au moins en partie a I'interieur du conduit principal de maniere a 4 favoriser la derivation d'une partie du flux du premier fluide a travers ('orifice d'entree du conduit principal vers le conduit de derivation ; - le dispositif comporte un moyen de perturbation qui est apte a perturber un flux de fluide et qui est agence dans ('orifice de sortie du conduit principal ; - le premier fluide qui s'ecoule dans le conduit principal est un gaz, tel qu'un gaz d'alimentation d'un moteur du groupe motopropulseur ; io - le second fluide qui s'ecoule dans le conduit secondaire est un gaz, tel qu'un gaz d'echappement recircule du groupe motopropulseur, fourni par un circuit de recirculation des gaz d'echappement equipant le groupe motopropulseur ; -le trongon de sortie du conduit secondaire est raccorde is au conduit principal en amont de ('orifice de sortie ; - le conduit de derivation et le conduit principal presentent une forme sensiblement tubulaire de section cylindrique ; - le conduit de derivation presente un diametre plus grand que le diametre du conduit principal, et en ce que le conduit de 20 derivation est agence de maniere sensiblement coaxiale et externe par rapport au conduit principal; - ('element mobile est deplace d'une position ouverte a une position fermee au moyen d'un actionneur commande. D'autres caracteristiques et avantages de ('invention 25 apparaitront a la lecture de la description detaillee qui suit pour la comprehension de laquelle on se reportera aux dessins annexes dans lesquels : - la figure 1 est une representation schematique illustrant un dispositif de melange de fluides selon ('invention qui est 30 agence dans un groupe motopropulseur de vehicule automobile ; - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de melange de la figure 1 illustrant les gaz entrants dans le dispositif et les gaz sortants du dispositif ; - la figure 3 est une vue en perspective en coupe partielle, illustrant le dispositif de melange de fluides de la figure 1 selon un mode de realisation prefere ; - la figure 4a est une representation schematique illustrant s le dispositif de melange de fluides de la figure 1 selon un mode de realisation prefere, qui comporte des elements mobiles d'obturation en position ouverte ; - la figure 4b est une representation schematique illustrant le dispositif de melange de fluides de la figure 1 selon le mode de io realisation prefere, qui comporte des elements mobiles d'obturation en position fermee ; - les figures 5 et 6 sont des representations schematiques similaires a la figure 4a, illustrant deux variantes de realisation du dispositif de melange de fluides selon ('invention. is Dans la description et les revendications, on utilisera a titre non limitatif les expressions telles que superieur et inferieur et les orientations > et > en reference aux figures et definitions donnees dans la description. De meme, le sens d'ecoulement des gaz sera par 20 convention d' > vers l >, en reference aux figures et definitions donnees dans la description. De plus, les elements identiques, similaires ou analogues seront designes par les memes chiffres de reference. A la figure 1, la reference 10 designe dans son ensemble 25 un groupe motopropulseur comportant notamment un moteur 12 a combustion interne et un circuit de recirculation 14 qui est aussi appele circuit > pour >, dans lequel s'ecoule des gaz d'echappement recircules G3. Lair frais G1 necessaire a la combustion est fourni par un 30 conduit d'admission 16 qui se termine par un collecteur d'admission 18, celui-ci comportant les ramifications 20 necessaires pour conduire ('air frais G1 jusqu'aux cylindres C individuels du moteur 12. 6 De la meme maniere, les gaz d'echappement G2 qui s'echappent des cylindres C empruntent des ramifications 22 qui debouchent dans un collecteur d'echappement 24, puis les gaz d'echappement G2 sont guides vers I'exterieur par un conduit d'echappement 26. Le circuit de recirculation 14 comporte un conduit de recirculation 28 qui est equipe d'une vanne 34 pour gerer le debit total des gaz d'echappement recircules G3, et est equipe d'un echangeur thermique 32 pour refroidir les gaz d'echappement io recircules G3. Le conduit de recirculation 28 comporte un trongon d'extremite 30 amont qui est raccorde au conduit d'echappement 26, et un trongon d'extremite 36 aval qui est raccorde a un dispositif 40 de melange de fluides selon ('invention, c'est-a-dire is ici de melange d'air frais G1 et de gaz d'echappement recircules G3. Comme I'illustre la figure 2, le dispositif 40 de melange comporte un conduit principal central interne 42 d'axe A-A, qui est ici un trongon du conduit d'admission 16, dans lequel s'ecoule un 20 flux d'un premier fluide, qui est ici un flux d'air frais G1. Avantageusement, les differents conduits du dispositif 40 presentent une forme tubulaire de section cylindrique. Comme on peut le voir aux figures 3 et 4a, la paroi 48 tubulaire du conduit principal 42 comporte un orifice d'entree E et 25 d'un orifice de sortie S, ('orifice d'entree E etant situe en amont de ('orifice de sortie S. Ces deux orifices E, S sont sensiblement alignes selon ('axe A-A et permettent au conduit principal 42 de communiquer avec un conduit de derivation 50, dont le diametre est plus grand 30 que le diametre du conduit principal 42, et est agence de maniere sensiblement coaxiale et externe par rapport au conduit principal 42. 7 Le conduit de derivation 50 est obture a chacune de ses extremites par une paroi radiale annulaire 56 qui est fixee de maniere etanche sur la paroi 48 du conduit principal 42, par exemple au moyen d'un cordon de soudure. Un tel agencement permet a une partie du flux d'air frais G1 d'etre derivee a travers le volume delimits radialement entre le conduit de derivation 50 et le conduit principal 42, depuis ('orifice d'entree E jusqu'a ('orifice de sortie S. L'orifice de sortie S comporte un moyen 62 de perturbation io du flux de gaz qui est ici une buse 62 d'evacuation de forme sensiblement tubulaire de section cylindrique. La buse 62 est agencee inclinee par rapport a ('axe A-A du conduit principal 42 et son entree ou embouchure est orientee axialement vers I'amont. is Selon un mode de realisation prefers de ('invention, represents aux figures 3, 4a et 4b, le dispositif 40 comporte deux orifices d'entree E et deux orifices de sortie S diametralement opposes. Le dispositif 40 comporte un conduit secondaire 52, qui est 20 ici le trongon d'extremite aval 36 du conduit de recirculation 28, dans lequel s'ecoule un flux d'un second fluide, qui est un gaz d'echappement recircules G3. Le conduit secondaire 52 traverse le conduit de derivation 50 de maniere etanche et debouche dans le conduit principal 42. 25 Le conduit secondaire 52 est ici d'orientation radiale et it est situe axialement entre les orifices d'entree E et les orifices de sortie S sans titre aligns avec ces derniers, pour ne pas gener I'ecoulement de ('air frais G1 entre les orifices d'entree E et les orifices de sortie S. 30 Le dispositif 40 comporte un element 54 qui est monte mobile entre une position ouverte, illustree a la figure 4a, et une position fermee, illustree a la figure 4b, de maniere a obturer ou non ('orifice d'entree E du conduit principal 42. 8 Comme on peut le voir a la figure 3, ('element mobile 54 est un volet 54 qui presente une forme complementaire a celle de ('orifice d'entree E, de maniere a obturer ce dernier de fagon sensiblement etanche. Avantageusement, lorsque le volet 54 est en position fermee, it ne presente pas de portion faisant saillie a I'interieur du conduit principal 42, mais iI est affleurant a la paroi tubulaire de ce dernier, de maniere a ne pas perturber le flux d'air frais G1 qui s'ecoule dans le conduit principal 42. io Lorsque le volet 54 est en position ouverte, iI s'etend radialement a I'interieur du conduit principal 42, en formant un angle "a" avec la paroi 48 de ce dernier. Pour passer de la position ouverte a la position fermee, le volet mobile 54 est monte pivotant par rapport au conduit is principal 42. A cet effet, le volet 54 comporte une liaison du type charniere dont ('axe 55 est perpendiculaire a ('axe A-A du conduit principal 42. Le volet 54 est entrains en rotation au moyen d'un 20 actionneur (non represents), qui est par exemple un moteur dont I'arbre est lie en rotation a ('axe 55 de charniere. A titre non limitatif, le volet 54 peut titre tout element mobile connu de I'etat de la technique qui est apte a obturer un orifice, tel un clapet ou une soupape. 25 Le dispositif 40 selon ('invention comporte des moyens de commande (non representes) de I'actionneur pour I'ouverture et la fermeture du volet 54. Ainsi, Tors du fonctionnement du dispositif 40 de melange selon ('invention, I'actionneur pilote le volet 54 en position 30 ouverte, lorsque les gaz d'echappement recircules G3 s'ecoulent dans le circuit de recirculation 14. Dans cette configuration, le volet 54 est etendu dans le conduit principal 42 de maniere a favoriser la derivation d'une 9 partie du flux d'air frais G1 a travers ('orifice d'entree E du conduit principal 42 vers le conduit de derivation 50. Une telle configuration permet de faire varier la quantite d'air frais G1 derivee en faisant varier ('angle "a" d'ouverture du 5 volet 54. La partie du flux d'air frais G1 derivee dans le conduit de derivation 50 est ensuite expulsee par la buse 62 d'evacuation de ('orifice de sortie S, en creant une perturbation, ou turbulence, dans le conduit principal 42. io La perturbation permet de melanger et de brasser ('air frais G1 qui s'ecoule dans le conduit principal 42 avec le gaz d'echappement recircules G3 provenant du conduit secondaire 52 agence en amont de la buse 62 d'evacuation. De cette fagon, le dispositif 40 de melange est alimente en is entree en gaz d'echappement recircules G3 et en air frais G1 et fournit en sortie un gaz G13 melange qui s'ecoule dans le conduit d'admission 16 jusqu'aux cylindres C du moteur 12. Selon une variante de realisation representee a la figure 5, le conduit secondaire 52, dans lequel s'ecoulent les gaz 20 d'echappement recircules G3, est raccorde au conduit de derivation 50. Ainsi, le melange de ('air frais G1 et des gaz d'echappement recircules G3 est amorce dans le conduit de derivation 50. 25 Cette variante de realisation permet d'eviter la legere perte de charge induite par le raccordement du conduit secondaire 52 avec le conduit principal 42. Selon la meme variante de realisation, des elements (non representes) de perturbation, tels que des obstacles ou chicanes 30 qui s'opposent au flux de gaz, peuvent titre agences dans le conduit de derivation 50. Selon une autre variante de realisation de ('invention representee a la figure 6, le conduit de derivation 50 peut se to presenter sous la forme d'une tubulure de section cylindrique dont une premiere extremite 64 est raccordee a ('orifice d'entree E, et une seconde extremite 66 est raccordee a ('orifice de sortie S du conduit principal 42. Certaines des variantes de ('invention decrites precedemment peuvent titre combinees entre elles. Le dispositif 40 de melange de fluides selon ('invention permet de melanger efficacement les gaz d'echappement recircules G3 avec ('air frais G1. io De plus, le dispositif 40 permet de ne pas ou peu perturber le flux d'air frais G1 lorsque le circuit de recirculation 14 n'est pas sollicite. REVENDICATIONS 1. Dispositif de melange (40) d'au moins deux fluides (G1, G3), notamment de fluides s'ecoulant dans un circuit d'un groupe motopropulseur (10) de vehicule automobile, du type comportant : - un conduit principal (42) dans lequel s'ecoule un flux d'un premier fluide (G1) selon un sens d'amont en aval et dont la paroi (48) est equipee d'un orifice de sortie (S) et d'un orifice d'entree (E) ; - un conduit de derivation (50) qui communique avec le io conduit principal (42) au moyen de ('orifice d'entree (E) et de ('orifice de sortie (S) du conduit principal (42) et qui est apte a deriver une partie du premier fluide (G1) au moyen desdits orifices d'entree (E) et de sortie (S) ; - un conduit secondaire (52) dans lequel s'ecoule un flux is d'un second fluide (G3), et qui comporte un trongon de sortie (36) qui est raccorde au conduit principal (42) et/ou au conduit de derivation (50), de sorte que le premier (G1) et le second (G3) fluide se melangent, caracterise en ce que le dispositif (40) comporte un element 20 mobile (54) entre une position ouverte et une position fermee de maniere a obturer ou non ('orifice d'entree (E) du conduit principal (42). 2. Dispositif de melange (40), selon la revendication 1, caracterise en ce que lorsque ('element mobile (54) est en 25 position ouverte, it s'etend au moins en partie a I'interieur du conduit principal (42) de maniere a favoriser la derivation d'une partie du flux du premier fluide (G1) a travers ('orifice d'entree (E) du conduit principal (42) vers le conduit de derivation (50). 3. Dispositif de melange (40), selon ('une quelconque des 30 revendications precedentes, caracterise en ce que le dispositif comporte un moyen (62) de perturbation qui est apte a perturber un flux de fluide et qui est agence dans ('orifice de sortie (S) du conduit principal (42). 12 4. Dispositif de melange (40), selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le premier fluide (G1) qui s'ecoule dans le conduit principal (42) est un gaz, tel qu'un gaz d'alimentation d'un moteur (12) du groupe motopropulseur (10). 5. Dispositif de melange (40), selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le second fluide (G3) qui s'ecoule dans le conduit secondaire (52) est un gaz, tel qu'un gaz d'echappement recircule du groupe to motopropulseur (10), fourni par un circuit de recirculation (14) des gaz d'echappement (G2) equipant le groupe motopropulseur (10). 6. Dispositif de melange (40), selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le trongon de sortie (36) du conduit secondaire (52) est raccorde au conduit is principal (42) en amont de ('orifice de sortie (S). 7. Dispositif de melange (40), selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le conduit de derivation (50) et le conduit principal (42) presentent une forme sensiblement tubulaire de section cylindrique. 20 8. Dispositif de melange (40), selon ('une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le conduit de derivation (50) presente un diametre plus grand que le diametre du conduit principal (42), et en ce que le conduit de derivation (50) est agence de maniere sensiblement coaxiale et externe par 25 rapport au conduit principal (42). 9. Dispositif de melange (40), selon ('une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que ('element mobile (54) est deplace d'une position ouverte a une position fermee au moyen d'un actionneur commande. 30