Brevet FR2902151A1 — publié le 20071214

Moteur à combustion interne ayant un circuit de recirculation des gaz d'échappement [0001] L'invention se rapporte à un moteur à combustion interne équipé d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement. [0002] Pour respecter les normes visant à réduire les émissions indésirables, notamment les émissions d'oxydes d'azote (NOx), une partie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne est recyclée au moyen d'un circuit de recyclage le plus souvent dénommé circuit EGR (acronyme des termes anglais Exhaust Gas Recirculation ). [0003] Ce circuit EGR doit donc passer du collecteur d'échappement au collecteur d'admission en gaz frais du véhicule. Sur de nombreux moteurs, notamment pour tenir compte d'un espace sous capot limité, il est choisi d'implanter ce circuit en le faisant traverser la culasse, à proximité du noyau d'eau. De ce fait, les gaz de recirculation sont refroidis par cette traversée. Pour l'essentiel des phases de fonctionnement du moteur, ce refroidissement est favorable notamment pour la réduction des émissions de gaz NOx et d'ailleurs, le circuit EGR est le plus souvent muni d'un échangeur de chaleur dans lequel circule le liquide de refroidissement du moteur pour refroidir plus encore les gaz d'échappement avant de les réintroduire au niveau de l'admission. [0004] Cependant, ces systèmes connus ne sont pas satisfaisants dans certaines situations de fonctionnement du moteur pour lesquelles il serait au contraire favorable de conserver des gaz d'échappement chauds. Ces situations se retrouvent par exemple lors d'un démarrage à froid du véhicule ou dans les phases de régénération du filtre à particules. [0005] Il serait donc souhaitable de prévoir des moyens pour maîtriser plus précisément la température des gaz d'échappement recyclés. [0006] A cette fin, l'invention propose un moteur à combustion interne ayant un circuit de recirculation de gaz d'échappement dont le débit est régulé par des moyens de régulation principaux, ledit circuit de recirculation traversant la culasse et comportant 2902151 -2 une branche principale et une branche froide associée à un échangeur thermique et des moyens de régulation du débit de gaz recirculés admis dans la branche froide, la portion de circuit traversant la culasse étant constituée par un double tube concentrique, le tube interne étant partie de la branche principale et le tube externe 5 de la branche froide. [0007] Avec la nouvelle implantation du circuit EGR proposée par l'invention, la branche principale est isolée thermiquement de la culasse par le tube externe. Dans les phases critiques pour lesquelles aucun refroidissement des gaz recirculés n'est souhaitable, le débit est stoppé dans la branche froide. 10 [0008] Si de plus, selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux les moyens de régulation principaux sont situés en aval du point de jonction des branches principale et froide, alors la branche froide est toujours pleine de gaz d'échappement relativement chauds (même s'ils sont refroidis par la culasse) donc le tube interne est toujours maintenu en température. 15 [0009 D'autres avantages et particularités de l'invention ressortent de la description de modes de réalisation faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0010] La figure 1 est une vue schématique d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne 20 [0011] La figure 2 est un schéma d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement selon l'invention. [0012] La figure 1 illustre de façon très schématique un moteur à combustion interne, notamment pour véhicules automobiles. Le moteur 1 comprend un certain nombre de cylindres 2 (ici au nombre de 4 alignés sur un banc) formant des chambres de 25 combustion. dans lesquels se meuvent des pistons. Chaque cylindre est alimenté en gaz frais par un circuit dit d'admission. Ce circuit d'admission débouche sur un collecteur d'admission 4, des soupapes, dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par exemple par un arbre à cames, permettant de contrôler à chaque cycle moteur la quantité de gaz frais admise dans le cylindre. 2902151 -3 [0013] Du carburant est par ailleurs injecté dans les cylindres, et le mélange air-carburant est enflammé, soit suite à la compression du mélange (moteur dit Diesel) soit de façon commandée en utilisant par exemple des bougies d'allumage. [0014] Les gaz brûlés issus de la combustion dans les cylindres sont collectés par un 5 collecteur d'échappement 5 puis dirigés vers la ligne d'échappement proprement dite. Cette ligne d'échappement 6 comporte typiquement une turbine 7, mise en rotation par les gaz d'échappement, énergisant un compresseur 8 associé au circuit d'admission. Par ailleurs, la ligne d'échappement 6 comporte des éléments permettant de limiter les rejets de polluants comme par exemple un catalyseur 10 d'oxydation 9 associé à un filtre à particule 10 dans le cas d'un moteur Diesel. Ces moyens sont bien connus de l'homme de l'art et il n'est nul besoin de les préciser plus en détail, comme il n'est besoin de préciser que ces éléments de dépollution peuvent être adaptés en fonction de la motorisation. [0015] Le circuit d'admission comporte pour sa part essentiellement un filtre à air 10, 15 le compresseur 8 associé à la turbine et un échangeur de chaleur 11, placé en aval du compresseur et assurant un échange thermique entre l'air échauffé par son passage au travers du compresseur et un liquide caloporteur, comme de l'eau, refroidi par exemple par un ventilateur aspirant de l'air à l'avant du véhicule (le circuit de refroidissement n'étant pas schématisé sur cette figure 1), et l'air échauffé par son 20 passage au travers du compresseur. [0016] Pour mieux contrôler les émissions de polluants, une dérivation 12 permet de faire renvoyer une fraction des gaz d'échappement au niveau de l'admission. Des moyens principaux 13 de régulation du débit de gaz d'échappement admis à circuler dans cette dérivation sont prévus, tels par exemple une vanne pilotée. 25 [0017] De plus, le circuit de recirculation des gaz d'échappement comporte lui-même une branche dérivée, dite branche froide 14, associée à un échangeur thermique. Des moyens secondaires 15 de régulation du débit de gaz recirculés admis dans la branche froide sont prévus. Pour plus de clarté, la branche principale du circuit de gaz recirculés, dans laquelle les gaz ne sont pas refroidis par un échangeur 30 thermique, est encore appelée branche chaude 16, le terme de branche 1 2902151 -4 principale pouvant sembler quelque peu impropre si la grande majorité du flux de gaz recirculés est en fait dévié vers la branche froide. [0018 Dans le schéma de principe de la figure 1, le circuit de recirculation des gaz d'échappement a été représenté comme un circuit totalement extérieur au bloc 5 moteur. En pratique, un schéma assez courant d'implantation suppose une traversée de la culasse par ce circuit comme illustré à la figure 2. [0019] Selon cette implantation, le conduit 12 traverse donc la culasse 17 du moteur 1 connectant le collecteur d'échappement 5 à la partie aval du circuit de recirculation des gaz d'échappement, du côté de l'admission. La vanne principale 13 permet de 10 contrôler la quantité de gaz réadmis à l'admission. L'admission vers la branche froide 14, munie d'un échangeur 18 pour le refroidissement des gaz d'échappement est contrôlée par un mitigeur 15. [0020] Comme le circuit de refroidissement du moteur comporte nécessairement un refroidissement de la culasse, avec une telle implantation, il est clair que les gaz 15 d'échappement recyclés sont soumis à un premier refroidissement lors de la traversée de la culasse. [0021] Si un refroidissement des gaz d'échappement est souhaité, avec une ouverture plus ou moins grande des moyens de régulation du débit de gaz recirculés admis dans la branche froide du circuit de recirculation des gaz d'échappement, il est 20 clair que ce refroidissement par la culasse est en fait un avantage. [0022] Par contre, dans les quelques phases de fonctionnement où il serait souhaitable de conserver une grande partie de la chaleur des gaz d'échappement pour augmenter la température des gaz à l'entrée du moteur, alors ce refroidissement par la culasse devient gênant. 25 [0023] C'est pourquoi il est proposé selon l'invention une modification du circuit de sorte que la branche froide 14 ait son origine en amont de la traversée de la culasse, et de préférence, comme dans le cas représenté à la figure 3, débouche directement du collecteur (ou d'une partie du circuit d'échappement en aval de celui-ci), de sorte que les conduits associés respectivement à la branche froide 14 et la branche 2902151 -5 chaude 16 soient concentriques, la branche chaude étant isolée de la culasse par la branche froide, et venant rejoindre la branche froide en aval de l'échangeur 18 [0024] Avec une telle implantation, il est plus simple de placer la vanne principale 13 de régulation du débit de gaz circulés après le point de jonction des branches 5 chaude et froide où se situe le mitigeur 15. [0025] Ainsi le tube central, qui contient les gaz recirculés non destinés à être refroidis, n'est en contact qu'avec son tube concentrique extérieur qui lui fournit une isolation thermique par lame d'air. Cela permet à ces gaz de traverser la culasse avec très peu de perte de température. Le tube extérieur, qui contient les gaz 10 recirculés destinés au refroidissement, est comme pour un système classique, en contact avec la culasse qui le refroidit. [0026] Les deux flux de gaz recirculés (chaud et froid) se retrouvent hors culasse après l'échangeur 18 et sont mélangés dans un mitigeur 15 qui permet la régulation de la température. Le débit total des gaz recirculés est ensuite régulé par la vanne 15 13. Revendications 1. Moteur (1) à combustion interne ayant un circuit (12) de recirculation de gaz d'échappement dont le débit est régulé par des moyens (13) de régulation principaux, ledit circuit de recirculation traversant la culasse et comportant une branche principale (16) et une branche froide (14) associée à un échangeur thermique (18) et des moyens (15) de régulation du débit de gaz recirculés admis dans la branche froide (14) , caractérisé en ce que la portion (12) de circuit traversant la culasse (17) est constituée par un double tube concentrique, le tube interne étant partie de la branche principale (16) et le tube externe de la branche froide (14). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de régulation principaux (13) sont situés en aval du point de jonction des branches principale (16) et froide (14). 3. Moteur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la branche 15 principale (16) et la branche froide (14) débouchent dans le circuit d'échappement (5).