Brevet FR2907513A1 — publié le 20080425

La présente invention concerne un dispositif de recirculation des gaz d'échappement (dit "EGR") d'un moteur à combustion interne, du type comprenant une conduite de recirculation des gaz d'échappement à un conduit collecteur d'admission d'air disposé en amont d'un répartiteur d'admission, le conduit collecteur et le répartiteur étant réalisés en matière plastique. Un tel dispositif vise à réduire les émissions polluantes en recyclant les gaz d'échappement dans les cylindres d'admission du moteur à différentes phases de fonctionnement du moteur (en fonction du régime du moteur qui détermine la fréquence d'aspiration, et de la charge du moteur qui détermine les quantité à aspirer). Ces gaz introduits en aval d'un boîtier papillon pour les moteurs à essence et en aval d'un boîtier doseur pour les moteurs diesel doivent se répartir de façon homogène dans chaque cylindre car chaque cylindre doit recevoir la même quantité d'air et de gaz d'échappement que ces voisins. Les deux flux (gaz d'échappement et air) ont des trajectoires différentes à l'intérieur du répartiteur du fait de la forme géométrique du répartiteur, de la fréquence d'ouverture des soupapes (problème d'onde de pression), et du fait que les deux gaz (air et gaz d'échappement) sont dans des conditions de température et de vitesses différentes à l'entrée du répartiteur. L'aspiration d'une même quantité de gaz d'échappement et d'air dans chaque cylindre est rarement atteinte sur toutes les phases où l'on doit introduire des gaz d'échappement. Une idée simple pour obtenir une bonne répartition de gaz d'échappement et d'air consiste à en réaliser un mélange homogène avant l'entrée dans le répartiteur. Les gaz d'échappement et d'air formant un même flux gazeux auront alors la même trajectoire. Cette idée, simple en théorie, n'est pas facile à mettre en oeuvre pour les raisons suivantes : - il faudrait injecter les gaz d'échappement bien en amont de l'entrée du répartiteur pour avoir un trajet suffisamment long du flux des gaz d'échappement et permettre ainsi une homogénéisation du mélange gazeux par diffusion turbulente; - l'emploi d'obstacles pour contribuer au mélange est proscrit car cela pourrait générer des pertes de charge sur les gaz d'échappement et sur l'air (un obstacle égaliserait les vitesses des deux flux qui se mélangeraient peu); 2907513 2 - le conduit collecteur et le répartiteur étant réalisés en matière plastique, il faut éviter que les gaz d'échappement chauds (environ 80 à 400 C) viennent buter contre leurs parois d'une part pour que ceux-ci ne fondent pas et d'autre part pour éviter que le flux de gaz d'échappement longe et "adhère" à 5 ces parois ce qui réduirait la surface d'échange (et donc le mélange) avec le flux d'air d'admission. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en proposant un dispositif de recirculation de gaz d'échappement qui permette de mélanger les gaz d'échappement et l'air d'admission de façon efficace dans un volume 10 réduit (en particulier en longueur) en évitant que les gaz d'échappement "adhèrent" aux parois du répartiteur et du conduit collecteur tout en minimisant la perte de charge. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du type comprenant 15 essentiellement une conduite de recirculation des gaz d'échappement en liaison avec un conduit collecteur d'admission d'air disposé en amont (relativement au flux d'air d'admission) d'un répartiteur d'admission, et où la conduite de recirculation est orientée selon un axe sensiblement perpendiculaire et radialement décalé par rapport à un axe longitudinal central 20 du conduit collecteur d'admission, et comporte un embout mélangeur de forme transversalement tubulaire prenant place dans le conduit collecteur d'admission et dont la section est concentrique avec celle du conduit collecteur d'admission, de manière à - entraîner les gaz d'échappement en translation selon une 25 trajectoire hélicoïdale centrée sur l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission, en vue de mélanger ces gaz d'échappement avec une première partie du flux d'air d'admission qui traverse l'embout mélangeur tubulaire, et - former un passage annulaire entre une paroi externe de l'embout mélangeur tubulaire et une paroi interne du conduit collecteur d'admission, de 30 sorte qu'une seconde partie du flux d'air d'admission traverse ce passage annulaire et réalise ainsi une barrière thermique entre le conduit collecteur d'admission et l'embout mélangeur. Ainsi, l'idée à la base de l'invention consiste à prévoir, pour la conduite de recirculation, un embout mélangeur tubulaire qui prend place dans 35 le conduit collecteur d'admission. 2907513 3 L'arrivée des gaz d'échappement dans cet embout mélangeur se fait parallèlement à une tangente du profil circulaire de l'embout mélangeur, puis les gaz d'échappement sont entraînés en tourbillon le long de la paroi interne de l'embout mélangeur. Ceci permet d'accroître le trajet de l'écoulement 5 des gaz d'échappement sans qu'il ne rencontre d'obstacle. En sortie de l'embout mélangeur, le flux garde son inertie et continue à tourbillonner à l'intérieur de l'écoulement d'air. L'embout mélangeur crée très peu de pertes de charge sur l'écoulement d'air puisqu'il est placé dans le sens de l'écoulement. 10 Le conduit collecteur et le répartiteur peuvent être réalisés en matière plastique, grâce à la barrière thermique formée par le flux d'air entre les parois du conduit collecteur d'admission et de l'embout mélangeur. Le diamètre intérieur de la conduite de recirculation représente par exemple environ un tiers du diamètre intérieur du conduit collecteur 15 d'admission. Le diamètre intérieur de l'embout mélangeur représente par exemple environ 5/2 du diamètre intérieur de la conduite de recirculation. La longueur de l'embout mélangeur est par exemple inférieure ou sensiblement équivalente au diamètre intérieur du conduit collecteur d'admission. 20 Selon une possibilité, une extrémité aval de l'embout mélangeur présente un chanfrein annulaire saillant vers l'intérieur, notamment incliné d'un angle d'environ 30 , en vue d'accélérer le déplacement du mélange de gaz d'échappement et d'air d'admission en sortie de l'embout mélangeur. Le diamètre intérieur du chanfrein annulaire à l'extrémité aval de 25 l'embout mélangeur représente par exemple environ deux fois le diamètre intérieur de la conduite de recirculation. Selon une possibilité, un tronçon terminal de la conduite de recirculation débouchant dans l'embout mélangeur présente une paroi aval sensiblement saillante radialement à l'intérieur de l'embout mélangeur. Ce 30 tronçon terminal de la conduite de recirculation présente par exemple un rebord biseauté d'aval en amont. Dans une forme de réalisation, l'embout mélangeur présente au moins trois ailettes de centrage, notamment élastiques, réparties sur sa paroi externe afin de maintenir l'embout mélangeur sur la paroi interne du conduit 35 d'admission. Les ailettes de centrage présentent par exemple des griffes de fixation à la paroi interne du conduit collecteur d'admission. 2907513 4 De manière avantageuse, les ailettes de centrage sont légèrement inclinées d'un même angle par rapport à l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission, de manière à entraîner la seconde partie du flux d'air d'admission, qui traverse ledit passage annulaire entre les parois de l'embout 5 mélangeur et du conduit collecteur d'admission, en translation selon une trajectoire hélicoïdale centrée sur l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission. Cet entraînement de l'air en un léger "tourbillon" permet d'améliorer le mélange de l'air avec les gaz d'échappement. Une paroi extérieure de la conduite de recirculation peut 10 avantageusement être liée de manière étanche à une paroi extérieure du conduit collecteur d'admission par l'intermédiaire d'une jupe annulaire de fixation notamment réalisée en tôle. La mise en oeuvre de l'invention sera mieux comprise à la l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé 15 dans lequel : - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un dispositif de recirculation de gaz d'échappement selon l'état de la technique; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une zone de liaison entre un conduit collecteur d'admission d'air et une conduite de 20 recirculation dudit dispositif; - la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale de la zone de liaison illustrée sur la figure 2; -la figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un embout mélangeur pour une conduite de recirculation dudit dispositif; 25 -la figure 5 est une vue en perspective, d'amont vers aval, d'un d'un dispositif de recirculation comprenant l'embout mélangeur de la figure 4. Dans le dispositif de recirculation de gaz d'échappement schématisé sur la figure 1, les gaz d'échappement 6 d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile sont prélevés dans un collecteur 30 d'échappement (non représenté) par une conduite 4 qui les recircule dans un conduit collecteur d'admission d'air 3 du moteur en aval (relativement au flux d'air d'admission) d'un volet d'admission d'air 2 et en amont d'un répartiteur d'admission 1. Dans le cas qui nous intéresse ici, le conduit collecteur 3 et le 35 répartiteur 1 sont réalisés en matière plastique, mais pourraient être réalisés en tout autre matériau (p. ex. aluminium ou magnesium). 2907513 5 Pour améliorer le mélange des gaz d'échappement 6 et de l'air 5 admis par le volet 2, l'invention prévoit, comme il ressort de la figure 2, que la conduite de recirculation 4 est orientée selon un axe sensiblement perpendiculaire et radialement décalé par rapport à un axe longitudinal central 5 du conduit collecteur d'admission 3. La conduite de recirculation 4 comporte un embout mélangeur 7 de forme transversalement tubulaire prenant place dans le conduit collecteur d'admission 3 et dont la section est concentrique avec celle du conduit collecteur d'admission 3. 10 L'arrivée des gaz d'échappement 6 dans l'embout mélangeur 7 se fait parallèlement à une tangente du profil circulaire de l'embout mélangeur 7, puis les gaz d'échappement 6 sont entraînés en translation sur la paroi interne de l'embout mélangeur 7 selon une trajectoire hélicoïdale centrée sur l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission 3. Ceci permet 15 d'augmenter le trajet du flux de gaz d'échappement 6 sans qu'il ne rencontre d'obstacle. Les gaz d'échappement 6 se mélangent avec une première partie du flux d'air 5 qui traverse l'embout mélangeur 7, tandis qu'une seconde partie du flux d'air 5 traverse un passage annulaire formé entre la paroi externe de 20 l'embout mélangeur 7 et la paroi interne du conduit collecteur d'admission 3 et réalise ainsi une barrière thermique entre le conduit collecteur d'admission 3 (en matière plastique) et l'embout mélangeur 7 (chaud). En sortie de l'embout mélangeur 7, le flux de gaz d'échappement 6 garde son inertie et continue à tourbillonner à l'intérieur de l'écoulement d'air 5. 25 L'embout mélangeur 7 présente trois ailettes de centrage 9 élastiques réparties sur sa paroi externe afin de maintenir l'embout mélangeur 7 sur la paroi interne du conduit collecteur d'admission 3. Un tronçon terminal de la conduite de recirculation 4, qui débouche dans l'embout mélangeur 7, présente un rebord 4a biseauté d'aval en amont 30 (mieux visible sur la figure 3) pour former un obstacle au flux d'air en aval à l'intérieur de l'embout mélangeur 7. Cette disposition améliore le mélange aux faibles débits de gaz d'échappement 6 tout en préservant, voire en améliorant, l'effet d'entraînement en translation "hélicoïdale", à débit élevé. La paroi extérieure de la conduite de recirculation 4 est liée de 35 manière étanche à la paroi extérieure du conduit collecteur d'admission 3 par l'intermédiaire d'une jupe annulaire de fixation 8 réalisée en tôle. 2907513 6 Le diamètre intérieur de la conduite de recirculation 4 représente environ un tiers du diamètre intérieur D du conduit collecteur d'admission 3, et le diamètre intérieur Dl de l'embout mélangeur 7 représente environ 5/2 du diamètre intérieur de la conduite de recirculation 4 (voir figure 3). 5 La longueur de l'embout mélangeur 7 est équivalente au diamètre intérieur D du conduit collecteur d'admission 3. Une extrémité aval de l'embout mélangeur 7 présente un chanfrein annulaire 7a saillant vers l'intérieur, incliné d'un angle d'environ 30 , en vue d'accélérer le déplacement du mélange de gaz d'échappement 6 et d'air 10 d'admission 5 en sortie de l'embout mélangeur 7. Cette augmentation de vitesse permet d'accroître la zone tourbillonnaire en sortie de l'embout mélangeur 7 où le mélange se fait. L'angle d'inclinaison d'environ 30 permet de limiter les pertes de charge de cette extrémité aval. Le diamètre intérieur D2 du chanfrein annulaire 7a représente 15 environ deux fois le diamètre intérieur de la conduite de recirculation 4. Ce petit chanfrein annulaire 7a permet aussi de faire obstacle à la sortie des gaz d'échappement 6 dans le sens du flux d'air, et d'obtenir un flux de gaz d'échappement 6 opposé au flux d'air plus important, vers l'entrée de l'embout mélangeur 7, ce qui améliore le mélange pour de faibles débits de gaz 20 d'échappement. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, les ailettes de centrage 9 sont formées de tôles pliées soudées sur la paroi externe de l'embout mélangeur 7 réalisé en acier. Les ailettes 9 sont reçues dans des logements prévus sur la paroi 25 interne du conduit collecteur d'admission 3. Les ailettes 9 présentent des griffes 9a de fixation pour mieux s'agripper à la paroi interne plastique du conduit collecteur d'admission 3. Une lumière 7b est prévue dans la paroi de l'embout mélangeur 7 pour recevoir le tronçon terminal de la conduite de recirculation 4. 30 Bien que l'invention ait été décrite avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du type comprenant une conduite (4) de recirculation des gaz d'échappement en liaison avec un conduit (3) collecteur d'admission disposé en amont (relativement au flux d'air d'admission) d'un répartiteur d'admission (1), caractérisé en ce que la conduite de recirculation (4) est orientée selon un axe sensiblement perpendiculaire et radialement décalé par rapport à un axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission (3), et comporte un embout mélangeur (7) de forme transversalement tubulaire prenant place dans le conduit collecteur d'admission (3) et dont la section est concentrique avec celle du conduit collecteur d'admission (3), de manière à - entraîner les gaz d'échappement (6) en translation selon une trajectoire hélicoïdale centrée sur l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission (3), en vue de mélanger ces gaz d'échappement (6) avec une première partie du flux d'air d'admission (5) qui traverse l'embout mélangeur tubulaire (7), et - former un passage annulaire entre une paroi externe de l'embout mélangeur tubulaire (7) et une paroi interne du conduit collecteur d'admission (3), de sorte qu'une seconde partie du flux d'air d'admission (5) traverse ce passage annulaire et réalise ainsi une barrière thermique entre le conduit collecteur d'admission (3) et l'embout mélangeur (7). 2.- Dispositif de recirculation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit collecteur (3) et le répartiteur (1) sont réalisés en matière plastique. 3.- Dispositif de recirculation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la conduite de recirculation (4) représente environ un tiers du diamètre intérieur (D) du conduit collecteur d'admission (3). 2907513 8 4.- Dispositif de recirculation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le diamètre intérieur (Dl) de l'embout mélangeur (7) représente environ 5/2 du diamètre intérieur de la conduite de recirculation (4). 5 5.- Dispositif de recirculation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la longueur de l'embout mélangeur (7) est inférieure ou sensiblement équivalente au diamètre intérieur (D) du conduit collecteur d'admission (3). 10 6.- Dispositif de recirculation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une extrémité aval de l'embout mélangeur (7) présente un chanfrein annulaire (7a) saillant vers l'intérieur, notamment incliné d'un angle d'environ 30 , en vue d'accélérer le déplacement du mélange de gaz d'échappement (6) et d'air d'admission (5) en sortie de l'embout mélangeur (7). 15 7.- Dispositif de recirculation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre intérieur (D2) du chanfrein annulaire (7a) à l'extrémité aval de l'embout mélangeur (7) représente environ deux fois le diamètre intérieur de la conduite de recirculation (4). 8.- Dispositif de recirculation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un tronçon terminal de la conduite de recirculation (4) débouchant dans l'embout mélangeur (7) présente une paroi aval sensiblement saillante (4a) à l'intérieur de l'embout mélangeur (7). 9.- Dispositif de recirculation selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tronçon terminal de la conduite de recirculation (4) présente un rebord (4a) biseauté d'aval en amont. 30 10.- Dispositif de recirculation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'embout mélangeur (7) présente au moins trois ailettes de centrage (9), notamment élastiques, réparties sur sa paroi externe afin de maintenir l'embout mélangeur (7) sur la paroi interne du conduit collecteur d'admission (3). 20 25 2907513 9 11.- Dispositif de recirculation selon la revendication 10, caractérisé en ce que les ailettes de centrage (9) présentent des griffes (9a) de fixation à la paroi interne du conduit collecteur d'admission (3). 5 12.- Dispositif de recirculation selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les ailettes de centrage (9) sont légèrement inclinées d'un même angle par rapport à l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission (3), de manière à entraîner la seconde partie du flux d'air d'admission (5), qui traverse ledit passage annulaire entre les parois de 10 l'embout mélangeur (7) et du conduit collecteur d'admission (3), en translation selon une trajectoire hélicoïdale centrée sur l'axe longitudinal central du conduit collecteur d'admission (3). 13.- Dispositif de recirculation selon l'une des revendications 1 à 15 12, caractérisé en ce qu'une paroi extérieure de la conduite de recirculation (4) est liée de manière étanche à une paroi extérieure du conduit collecteur d'admission (3) par l'intermédiaire d'une jupe annulaire de fixation (8) notamment réalisée en tôle.