Brevet FR2908473A1 — publié le 20080516

Système de recyclage des gaz d'échappement pour un moteur à combustion in- terne, et véhicule équipé d'un tel système La présente invention concerne un système de recyclage des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, du type comprenant : - une ligne de recyclage des gaz d'échappement pour prélever un flux de gaz d'échappement dans une ligne d'échappement du moteur et le réintroduire dans une 5 ligne d'alimentation du moteur en gaz frais; et - une buse disposée en sortie de la ligne de recyclage, pour introduire le flux de gaz d'échappement recyclés dans le flux de gaz frais circulant dans la ligne d'alimentation. Une solution pour diminuer les émissions polluantes d'un moteur à combustion 10 interne, notamment un moteur Diesel, consiste à prélever des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement du moteur et à les réintroduire dans la ligne d'alimentation du moteur en gaz frais. Ceci permet un contrôle de la combustion à l'intérieur des cylindres du moteur pour limiter les émissions polluantes. Cette solution consiste donc en un recyclage des gaz d'échappement nommé 15 généralement EGR pour Exhaust Gaz Recirculation en anglais. Il est possible de mélanger les gaz d'échappement recyclés aux gaz frais dans la ligne d'alimentation, en amont d'un collecteur d'admission prévu pour répartir les gaz dans les différents cylindres du moteur. Néanmoins, si le mélange n'est pas homogène, des disparités de taux de gaz 20 d'échappement recyclés peuvent apparaître d'un cylindre à l'autre du moteur, ce qui limite l'efficacité du recyclage des gaz d'échappement. US 2001/0027784 Al décrit un système de recyclage des gaz d'échappement comprenant une ligne de recyclage des gaz d'échappement débouchant dans une ligne d'alimentation en gaz frais par un dispositif à tourbillon permettant d'imprimer aux gaz 25 recyclés un mouvement tourbillonnaire pour améliorer le mélange des gaz d'échappement recyclés et des gaz frais. Néanmoins, un tel dispositif tourbillonnaire s'avère complexe à fabriquer et ne donne pas entièrement satisfaction du point de vue de l'homogénéité du mélange. Un but de l'invention est de proposer un système de recyclage des gaz 30 d'échappement d'un moteur à combustion interne permettant d'améliorer le mélange des gaz d'échappement recyclés et des gaz frais, et pouvant être obtenu facilement et à faible coût. 2908473 A cet effet, l'invention propose un système de recyclage des gaz d'échappement du type précité, caractérisé en ce que la buse possède une sortie de section en étoile. Selon d'autres modes de réalisation, le système de recyclage des gaz d'échappement comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) iso- lément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la buse possède une entrée de section circulaire ; - la buse s'étend de façon rectiligne entre son entrée et sa sortie ; - la section de la buse varie continûment de son entrée à sa sortie ; - la paroi de la buse est formée de droites s'appuyant sur la section circulaire de l'entrée et la section en étoile de la sortie ; - la buse possède un tronçon de sortie de section en étoile se terminant par la sortie, le tronçon de sortie étant vrillé autour d'un axe d'extension du tronçon de sortie ; - la buse est de section en étoile sur toute sa longueur, et est vrillée progressivement autour d'un axe d'extension de la buse, de l'entrée à la sortie de la buse ; - la section de la buse augmente de l'entrée vers la sortie ; - la buse est orientée dans la ligne d'alimentation pour introduire le flux de gaz recyclés à contre-courant du flux de gaz frais ; - la buse est orientée dans la ligne d'alimentation pour introduire le flux de gaz recyclés à co-courant avec le flux de gaz frais. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une ligne d'alimentation en gaz frais pour le moteur, une ligne d'échappement pour l'évacuation des gaz d'échappement du moteur, et un système de recyclage des gaz d'échappement tel que défini ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, données à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule automobile possédant un système de recyclage des gaz d'échappement conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'une buse par laquelle le système de re- cyclage des gaz d'échappement de la figure 1 débouche dans une ligne d'alimentation; - la figure 3 est une vue de face de la buse de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2, illustrant la buse disposée dans une autre configuration conforme à l'invention ; et - les figures 5 et 6 sont des vues respectivement de face et de côté d'une buse selon une variante de l'invention. 2908473 3 Tel que représenté sur la figure 1, un groupe motopropulseur (GMP) 2 d'un véhicule automobile 4 comprend un moteur à combustion interne 6, une ligne 8 d'alimentation du moteur 6 en gaz frais, et une ligne 10 d'échappement pour l'évacuation des gaz d'échappement produits par le moteur 6 lors de son fonctionne- 5 ment. La ligne 8 comprend à son extrémité aval un collecteur d'admission 12 pour ré-partir les gaz circulant dans la ligne 8 dans les différents cylindres du moteur 6. La ligne 10 comprend à son extrémité amont un collecteur d'échappement 14 pour collecter les gaz d'échappement issus des différents cylindres du moteur 6. 10 Le GMP 2 comprend un système de recyclage des gaz d'échappement 16 comprenant une ligne 18 de recyclage des gaz d'échappement s'étendant entre la ligne 10 et la ligne 8 pour prélever un flux de gaz d'échappement dans la ligne 10 et le réintroduire dans la ligne 8. La ligne 18 s'alimente dans la ligne 10 en aval du collecteur 14 et débouche dans la ligne 8 en amont du collecteur 12. 15 Le système 16 comprend une vanne 20 de réglage du débit de gaz d'échappement recyclés disposée sur la ligne 18. De manière connue en soi, la vanne 20 est pilotée par un système de commande du moteur 6 en fonction de différents paramètres (charge appliquée au moteur, régime moteur...) Tel que représenté sur la figure 2, la ligne 18 débouche dans un tronçon 22 de la 20 ligne 8 par un conduit 24 d'extrémité aval de la ligne 18. Le tronçon 22 s'étend suivant une ligne L, de préférence rectiligne. Le conduit 24 pénètre radialement dans la ligne 8, et est coudé de façon que sa sortie est orientée suivant la ligne L. Le système 16 comprend une buse 26 disposée en sortie du conduit 24 pour 25 l'introduction et le mélange du flux de gaz d'échappement recyclés avec le flux de gaz d'air frais circulant en fonctionnement dans la ligne 8. La buse 26 est tubulaire rectiligne d'axe A. La buse 26 possède à une extrémité axiale une entrée 28 circulaire raccordée à la sortie du conduit 24, et à son autre extrémité axiale une sortie 30 débouchant dans le tronçon 22. La sortie 30 est sensiblement 30 plane et perpendiculaire à la ligne L. La buse 26 est disposée à l'intérieur de la ligne 8, et s'étend de manière sensiblement coaxiale au tronçon 22 de la ligne 8 dans lequel elle se situe. La buse 26 est disposée à l'intérieur de la ligne 8 de sorte qu'elle définit à l'intérieur de la ligne 8 un passage annulaire pour les gaz frais, entre la surface externe 35 de la buse 26 et la paroi interne de la ligne 8. 2908473 4 Tel que représentée sur la figure 3, l'entrée 28 possède une section circulaire correspondant à la section de la sortie du conduit 24. La sortie 30 possède une section en étoile ou lobée. Plus précisément, la sortie 30 possède des branches 32 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe 5 A à partir d'une partie centrale de la sortie 30. Les branches 32 délimitent entre elles, sur la surface extérieure de la buse 26, des canaux 34 complémentaires des branches 32. L'aire de la section de l'entrée 28 est plus petite que l'aire de la section de la sortie 30, et la section de la buse 26 augmente progressivement de l'entrée 28 vers la sor- 10 tie 30. Ainsi, la buse 26 constitue un diffuseur aérodynamique, qui ralentit les gaz recyclés et augmente leur pression entre son entrée 28 et sa sortie 30. La buse 26 tubulaire et rectiligne peut être obtenue simplement et à faible coût. Elle s'adapte facilement dans un système de recyclage des gaz d'échappement. De préférence, la paroi de la buse 26 est réglée, c'est-à-dire qu'elle est formée 15 de droites s'appuyant sur la section de l'entrée 28 et sur la sortie 30. Cette géométrie permet d'obtenir de façon simple et à faible coût une buse possédant une sortie de section étoilée et formant diffuseur aérodynamique. La buse 26 est obtenue par exemple par emboutissage. En fonctionnement, les gaz frais circulent dans la ligne 8 de l'amont vers l'aval, 20 comme illustré par la flèche F1 sur la figure 2. La buse 26 est orientée de façon que sa sortie 30 soit dirigée de l'amont vers l'aval, comme illustré par la flèche F2. La buse 26 introduit donc les gaz d'échappement recyclés à co-courant avec les gaz frais. Les gaz frais circulent dans la ligne 8 autour de la buse 26, et la buse 26 introduit 25 les gaz recyclés au centre des gaz frais, sous la forme d'un jet de forme sensiblement étoilée. La forme étoilée du jet favorise le mélange des flux de gaz frais et de gaz recyclés par une plus grande surface d'échange entre ces flux, par rapport par exemple à un jet de section circulaire de même aire, et par une interpénétration des flux plus im- 30 portante du fait des branches du jet. Ainsi, la forme en étoile de la sortie 30 permet un mélange plus rapide et plus homogène des deux flux. Ceci permet d'obtenir un mélange homogène satisfaisant avant le collecteur d'admission 12, ce qui diminue les disparités de taux de gaz recyclés entre les cylindres du moteur. La combustion est donc plus homogène dans les cylin-35 dres, ce qui améliore la dépollution du moteur. 2908473 5 La buse 26 formant diffuseur aérodynamique facilite l'introduction et le mélange des gaz d'échappement recyclés dans les gaz frais, par l'augmentation de pression et le ralentissement des gaz d'échappement dans un tronçon de la ligne 8 où, au contraire, les gaz frais sont accélérés et leur pression diminue du fait de la présence de 5 la buse 26 qui diminue la section utile de la ligne 8 pour les gaz frais. En variante, le tronçon 22 possède une section supérieure au reste de la ligne 8 pour compenser la diminution de la section offerte au gaz frais due à la présence de la buse 26. L'introduction des gaz recyclés à co-courant avec les gaz frais est effectuée de 10 façon reproductible avec des turbulences limitées, ce qui favorise la diminution des dis- persions. En variante, tel que représenté sur la figure 4, le buse 26 est orientée de façon que les gaz recyclés sont introduits à contre-courant des gaz frais, comme illustré par une flèche F3 sur la figure 4. 15 Dans ce cas, la géométrie étoilée de la sortie 30 de la buse 26 et la vitesse relative plus élevée des deux flux favorisent le mélange rapide et homogène des flux de gaz frais et de gaz recyclés. La buse 26 représentée sur les figures 5 et 6 diffère de celle du mode de réalisation précédent en ce qu'elle est vrillée autour de l'axe A d'extension de la buse 26. 20 Plus précisément, la buse 26 s'étend suivant son axe A en passant progressive-ment et continûment de la section circulaire de l'entrée 28 à la section en étoile de la sortie 30. La buse 26 présente donc une section en étoile sur sensiblement toute sa longueur, exceptée à l'entrée 28, les branches des sections étant de plus en plus grande de l'entrée 28 vers la sortie 30. 25 La buse 26 est vrillée de façon que les branches des sections en étoile de la buse 26 tournent de l'entrée 28 vers la sortie 30 dans un sens angulaire déterminé au-tour de l'axe A. Il en résulte que les branches 32 (figure 6) de la section en étoile définissent sur la paroi intérieure de la buse 26, de l'entrée 28 à la sortie 30, des canaux s'étendant 30 sensiblement en hélice autour de l'axe A. La buse 26 imprime donc aux gaz d'échappement recyclés un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe A, qui favorise leur mélange avec les gaz frais circulant dans la ligne, ce mélange étant déjà amélioré par la section en étoile de la sortie 30 sans perte de charge, avec une buse 26 de fabrication simple et de coût faible. 2908473 6 Les canaux 34 (figure 6) de la surface externe de la buse 26 s'étendent aussi sensiblement en hélice, imprimant également aux gaz frais, qui circulent le long de cette surface externe, un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe A, ce qui favorise encore le mélange. 5 Comme dans le mode de réalisation précédent, la buse 26 des figures 5 et 6 est disposée à co-courant ou à contre-courant. Dans une variante, seule un tronçon de sortie de section en étoile se terminant par la sortie 30, et s'étendant seulement sur une partie de la longueur de la buse 26, est vrillé autour de l'axe A. REVENDICATIONS 1.- Système de recyclage des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, du type comprenant : - une ligne (18) de recyclage des gaz d'échappement pour prélever un flux de gaz d'échappement dans une ligne (10) d'échappement du moteur et le réintroduire dans une ligne (8) d'alimentation du moteur en gaz frais; et - une buse (26) disposée en sortie de la ligne (18) de recyclage, pour introduire le flux de gaz d'échappement recyclés dans le flux de gaz frais circulant dans la ligne (8) d'alimentation, caractérisé en ce que la buse (26) possède une sortie (30) de section en étoile. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse (26) possède une entrée (28) de section circulaire. 3.- Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la buse (26) s'étend de façon rectiligne entre son entrée (28) et sa sortie (30). 4.- Système selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la section de la buse (26) varie continûment de son entrée (28) à sa sortie (30). 5.- Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi de la buse (26) est formée de droites s'appuyant sur la section circulaire de l'entrée (28) et la section en étoile de la sortie (30). 6.- Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la buse (26) possède un tronçon de sortie de section en étoile se terminant par la sortie (30), le tronçon de sortie étant vrillé autour d'un axe (A) d'extension du tronçon de sortie. 7.- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la buse (26) est de section en étoile sur toute sa longueur, et est vrillée progressivement autour d'un axe (A) d'extension de la buse (26), de l'entrée (28) à la sortie (30) de la buse (26). 8.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de la buse (26) augmente de l'entrée (28) vers la sortie (30). 9.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la buse (26) est orientée dans la ligne d'alimentation (8) pour introduire le flux de gaz recyclés à contre-courant du flux de gaz frais. 10.- Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la buse (26) est orientée dans la ligne d'alimentation (8) pour introduire le flux de gaz recyclés à co-courant avec le flux de gaz frais. 2908473 8 11.- Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une ligne d'alimentation en gaz frais pour le moteur, une ligne d'échappement pour l'évacuation des gaz d'échappement du moteur, et un système de recyclage des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes.