Brevet FR2917132A1 — publié le 20081212

ORGANE MONOBLOC ET MODULE MULTIFONCTIONNEL COMPORTANT L'ORGANE POUR MOTEUR AVEC REINJECTION DES GAZ D' ECHAPPEMENT La présente invention concerne les systèmes périphériques ou accessoires des moteurs thermiques et plus particulièrement un organe monobloc 1 o pour moteur à combustion interne avec réinjection des gaz d'échappement. La réinjection des gaz d'échappement dans les moteurs à combustion interne ou selon l'acronyme EGR pour Exhaust Gas Recirculation en langue anglaise, est une technique couramment employée pour diminuer les émissions 15 d'oxyde d'azote (NON) des véhicules automobiles équipés notamment de moteurs utilisant du fuel comme carburant. Les véhicules doivent respecter des normes de dépollution en vigueur. Il est aussi souhaitable de prévoir des techniques de dépollution assurant le respect des normes à venir. La technique EGR consiste à réinjecter au niveau de l'admission d'air du 20 moteur thermique une partie des gaz d'échappement récupérés, par exemple, en sortie collecteur du moteur. La réinjection des gaz d'échappement réduit la concentration en oxygène du mélange fuel/air introduit dans les pistons des moteurs ce qui produit un abaissement de la température maximum de combustion du mélange. La conséquence est une diminution des NON dans les 25 gaz d'échappement du moteur. Les gaz de réinjection présentent en sortie collecteur du moteur habituellement une température très élevée supérieure à 550 degrés. Il est connu, dans les moteurs à réinjection de l'état de l'art, de refroidir les gaz de réinjection pour réduire la température du mélange introduit dans les pistons. 30 L'abaissement de la température du mélange introduit dans les pistons réduit la production des NON. La figure 1 montre un dispositif de réinjection des gaz de l'état de l'art comportant des fonctionnalités de contrôle des gaz réinjectés et de refroidissement desdits gaz. 35 Le dispositif de la figure 1 comporte un échangeur thermique EGR 10 de forme tubulaire pour refroidir par un liquide au moins une partie des gaz d'échappement destinés à être réinjectés dans le moteur et, une vanne EGR 12 de régulation des gaz réinjectés dans le moteur. Le liquide de refroidissement des gaz reinjectés dans le moteur peut être le liquide de refroidissement du moteur L'échangeur thermique EGR 10 comporte un circuit des gaz de réinjection ayant à une de ses extrémités, une entrée de gaz 16 et à son autre extrémité une sortie des gaz 18 de réinjection et, un circuit de liquide de refroidissement des gaz dans ledit échangeur EGR 10 ayant une des extrémités une entrée/sortie 24 de liquide de refroidissement de l'EGR et à l'autre extrémité une autre entrée/sortie 26 dudit liquide de refroidissement. 1 o De façon connue la température des gaz de réinjection est abaissée par un transfert de calorie des gaz de réinjection vers le liquide de refroidissement dans l'échangeur EGR 10. La vanne EGR 12 contrôle la quantité de gaz d'échappement reinjecté dans le circuit d'admission du moteur. 15 L'échangeur EGR 10 de la figure 1 est fixé mécaniquement dans le volume disponible sous le capot moteur à l'aide d'un élément de raccordement 30. L'entrée et sortie des fluides dans l'échangeur thermique EGR 10 s'effectue par des conduits ou canalisations branchées et fixées par colliers aux 20 différents éléments du moteur. Par exemple, le raccordement de l'échangeur EGR 10 est réalisé, d'une part, pour les gaz d'échappement, par un tube d'entrée EGR 32 branché en sortie collecteur des gaz d'échappement du moteur et un tube de sortie EGR 34 connectée en sortie 36 de la vanne EGR 12 au circuit d'admission d'air du moteur et, d'autre part, pour le liquide de refroidissement par 25 deux canalisations d'entrée/sortie de liquide de refroidissement 38, 40 raccordées au circuit de refroidissement du moteur. La complexité des moteurs à combustion interne actuels conduit à un volume disponible sous le capot moteur, pour l'installation d'un tel dispositif EGR avec les raccordements nécessaires au passage des fluides dans l'échangeur et 30 les fixations mécaniques, de plus en plus restreint. Le volume nécessaire au dispositif EGR impacte sur l'implantation d'organes moteurs et plateformes véhicules. En outre, le nombre de canalisations colliers joints de fixation, ou autres éléments du dispositif de réinjection diminue la fiabilité de l'étanchéité du dispositif EGR, le montage et l'accessibilité dans le compartiment moteur des éléments du 35 dispositif sont de plus en plus difficiles. Pour pallier les défauts des dispositifs EGR de l'état de l'art, l'invention propose un organe monobloc pour moteur à combustion interne assurant au moins une fonction de refroidissement au moins partielle des gaz d'échappement destinés à être réinjectés dans le circuit d'admission du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte une structure supérieure comportant un échangeur thermique, de préférence de forme allongée, ayant au moins une partie d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur et une partie d'un circuit de refroidissement du moteur, le refroidissement des gaz s'effectuant par 1 o échange thermique entre lesdits gaz d'échappement et le liquide de refroidissement dans l'échangeur thermique, une structure inférieure ayant une autre partie du circuit de refroidissement du moteur comportant au moins un boîtier de sortie d'eau du moteur, un passage entre la partie du circuit de refroidissement moteur dans l'échangeur thermique et le boîtier de sortie d'eau du 15 moteur pour mettre les deux parties du circuit de refroidissement du moteur en communication fluidique. Avantageusement la structure supérieure est configurée pour épouser la forme d'une partie supérieure du boîtier de sortie d'eau du moteur de façon à 20 obtenir un bloc compact formant l'organe monobloc selon l'invention. Dans une réalisation l'organe monobloc comporte à une de ses extrémités, d'un côté de l'échangeur, une sortie des gaz refroidis pour le raccordement à un conduit de sortie des gaz refroidis dans l'échangeur et à 25 proximité de cette sortie des gaz refroidis un conduit d'entrée/sortie de liquide de refroidissement destiné à être raccordé au circuit de refroidissement du moteur, et à une autre extrémité opposée, de l'autre côté de l'échangeur, une entrée des gaz d'échappement dans l'échangeur pour le raccordement au circuit d'échappement des gaz du moteur. 30 Dans une autre réalisation, le boîtier à eau, dans la structure inférieure de l'organe monobloc comporte des évidements pour la circulation du fluide de refroidissement du moteur, un premier évidemment contigu à un deuxième évidement du côté de l'entrée des gaz dans l'échangeur, le passage entre ce deuxième évidement du boîtier à eau et la partie du circuit de refroidissement du moteur dans l'échangeur. Dans une autre réalisation, le deuxième évidement du boîtier à eau 5 comporte une entrée supplémentaire de liquide de refroidissement du moteur. Dans une autre réalisation, le boîtier à eau (62) est ouvert, du côté destiné à être fixe sur le bloc moteur de façon étanche, formant des bords dans un plan de fixation de l'organe monobloc, et en ce que les bords comportent des sites 1 o de fixation avec des trous pour la fixation de l'organe monobloc sur le moteur. L'invention concerne aussi un module multifonctionnel comportant un organe monobloc selon l'invention, solidaire d'un organe de régulation du flux de gaz dans l'échangeur thermique. Avantageusement le circuit de régulation du flux des gaz dans l'échangeur thermique est une vanne. L'invention à aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un 20 moteur à combustion interne avec réinjection des gaz d'échappement. Le moteur comporte un organe monobloc selon l'invention. Un principal but de cette invention est de diminuer le volume et faciliter le montage des éléments mettant en oeuvre les fonctions de réinjection des gaz 25 d'échappement. Un autre but est de diminuer le nombre de pièces et raccordements nécessire à cette fonction. L'invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple de réalisation d'un 30 organe monobloc selon l'invention et d'un module multifonctionnel comportant un tel organe monobloc, en référence aux dessins indexés dans lesquels: - la figure 1, déjà décrite, montre un dispositif de réinjection des gaz de l'état de l'art ; - la figure 2 représente un exemple de réalisation d'un organe monobloc 35 selon l'invention et ; 15 - la figure 3 montre un exemple de réalisation d'un module multifonctionnel comportant l'organe monobloc de la figure 2, selon l'invention. La figure 2 représente un exemple de réalisation d'un organe monobloc selon l'invention. L'organe monobloc représenté à la figure 2 est réalisé sous la forme d'une structure compacte assurant au moins la fonction d'échangeur thermique des gaz de réinjection pour moteur à combustion interne et de boîte à eau du moteur. 1 o L'organe monobloc présente une structure supérieure 50 comportant un échangeur thermique 52 et une structure inférieure 60 comportant un boîtier de sortie d'eau 62 du moteur. Dans cet exemple de réalisation, la forme générale de l'organe monobloc est celle d'un boîtier à eau de moteur à combustion comportant la structure 15 supérieure de forme allongée. Cette structure supérieure est configurée pour épouser la forme d'une partie supérieure du boîtier de sortie d'eau 62 du moteur de façon à obtenir un bloc compact formant l'organe monobloc selon l'invention. La struture supérieure comportant l'échangeur présente un plan général de symétrie P1 parallèle à un plan de fixation P2 de l'organe monobloc sur le bloc 20 moteur (non représenté sur la figure 2). L'échangeur thermique 52 de l'organe monobloc comporte un circuit GE des gaz d'échappement destinés à être réinjectés dans le moteur et un circuit FR de fluide de refroidissement des gaz d'échappement, les circuits étant couplés thermiquement de façon connue pour refroidir les gaz d'échappement par le fluide 25 de refroidissement. La ligne en pointillé sur la figure 2 montre le parcours dans l'organe monobloc des gaz de réinjection à refroidir dans le circuit des gaz GE et la ligne en trait d'axe le parcours du fluide de refroidissement dans le circuit de fluide de refroidissement FR. L'organe monobloc comporte à une de ses extrémités, d'un côté de 30 l'échangeur (52), une sortie (70) des gaz refroidis dont l'extrémité est en forme de bride (72) pour le raccordement à un conduit de sortie des gaz refroidis dans l'échangeur (52) et à proximité de cette sortie (70) des gaz un conduit d'entrée/sortie (74) de liquide de refroidissement destiné à être raccordé au circuit de refroidissement du moteur. L'organe monobloc comporte à une autre extrémité opposée, de l'autre côté de l'échangeur (52), une entrée des gaz d'échappement (80) dans l'échangeur, dont l'extrémité est en forme de bride (82), pour le raccordement au circuit d'échappement des gaz du moteur. Le boîtier à eau 62, de la structure inférieure 60 de l'organe monobloc comporte des évidements pour la circulation du fluide de refroidissement du moteur, un premier évidement 90 contigu à un deuxième évidement 92 du côté de l'entrée 80 des gaz dans l'échangeur et, selon une des caractéristiques de l'invention, un passage 84 entre le deuxième évidement 92 du boîtier à eau 62 et le circuit FR de fluide de refroidissement des gaz d'échappement dans l'échangeur 52, du côté de cette entrée 80 des gaz dans l'échangeur. Dans une autre configuration d'alimentation extérieure au bloc moteur du fluide de refroidissement dans l'organe monobloc, le deuxième évidement 92 de la boîte à eau 62 de l'organe monobloc comporte une entrée supplémentaire 96 de liquide de refroidissement du moteur. Le boîtier à eau 62 de l'organe monobloc est ouvert du côte destiné à être fixé sur le bloc moteur de façon étanche formant des bords 100 dans le plan P2 de fixation de l'organe monobloc. Les bords 100 du boîtier à eau comportent des sites de fixation 102 avec des trous 104 pour la fixation de l'organe monobloc sur le moteur. La structure supérieure comportant l'échangeur thermique présente, du côté de la sortie des gaz 70 refroidis, une reduction de son épaisseur sous forme d'une surface plane 106, paralléle au plan de fixation P2, pour faciliter le montage de l'organe monobloc sur le bloc moteur. L'organe monobloc peut être monté sur le moteur thermique selon différentes configurations relatives aux modes d'entrées et sorties des gaz de réinjection et du fluide de refroidissement, en effet : Les gaz d'échappement peuvent entrer dans l'organe monobloc soit directement par bride ou par piquage au niveau de l'échappement culasse du moteur soit indirectement par des raccords extérieurs à la culasse ou piquage sur le collecteur d'échappement moteur. Une fois refroidis dans l'échangeur thermique de l'organe monobloc, les gaz peuvent être réinjectés dans le système d'admission d'air du moteur soit en interne par bride ou piquage sur la culasse soit en externe par l'intermédiaire de raccords externes à la culasse et piquage sur le répartiteur d'admission d'air. De la même façon, le liquide de refroidissement alimentant l'organe monobloc peut être conduit en interne ou en externe à l'organe monobloc. L'organe monobloc peut être réalisé par des procédés de moulage dits à mousse perdue ou Lost Foam en langue anglaise. Ce procédé à mousse perdue est à moule et modèle destructible. Il est essentiellement utilisé dans le domaine de l'automobile car sa rentabilité réside dans la complexité des pièces. 1 o Par rapport aux procédés classiques, le Lost-Foam présente une meilleure rentabilité, une meilleure qualité et génère moins de pollution. La matière utilisée pour réaliser le moulage pouvant répondre aux critères de température de fonctionnement du moteur peut être par exemple de l'aluminium. 15 L'invention concerne aussi un module multifonctionnel comportant un organe monobloc, selon l'invention, décrit précédemment. En général le circuit de refroidissement des gaz de réinjection est associé à un circuit de régulation du flux des gaz dans l'échangeur qui est habituellement 20 une vanne associée à l'échangeur thermique. Cette vanne est commandée par un dispositif de contrôle du véhicule pour assurer le bon débit des gaz à réinjecter dans le moteur. La figure 3 montre un exemple de réalisation du module multifonctionnel 25 comportant l'organe monobloc de la figure 2 selon l'invention. Le module multifonctionnel est configuré pour être monté sur le bloc moteur avec les raccordements nécessaires au circuit de réinjection des gaz et au circuit du liquide de refroidissement du moteur. Le module multifonctionnel de la figure 3 comporte un organe monobloc 30 110 tel que décrit précédemment raccordé par brides par son extrémité de sortie des gaz refroidis 70 à une vanne 114 de régulation des gaz. Les gaz régulés en flux par la vanne 114 sortent à cette extrémité par un tube coudé 116 de la vanne selon un axe YY' perpendiculaire au plan de fixation P2 de l'organe monobloc 110 et dont la sortie se trouve dirigée vers le bloc moteur (non représenté sur la figure) 35 pour être raccordée à une entrée d'admission des gaz de réinjection du moteur. L'entrée 80 des gaz d'échappement, à l'autre extrémité de l'organe monobloc 110, comporte un conduit d'arrivée des gaz d'échappement 120 raccordé par bride 122 à l'organe monobloc 110. L'entrée 124 du conduit d'arrivée des gaz 120 est dirigée selon un axe ZZ' perpendiculaire à l'axe du conduit de sortie des gaz 116 de la vanne 114 vers le bloc moteur (non représenté sur la figure) pour être raccordée à une sortie des gaz d'échappement du moteur. Le module fonctionnel, une fois fixé par les sites 102 du boîtier à eau 62 de l'organe monobloc 110 au bloc moteur de façon étanche, est raccordé par le conduit de sortie 74 de fluide de refroidissement de l'organe monobloc au circuit 1 o de refroidissement du moteur par un conduit de piquage d'eau 126. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne avec réinjection des gaz d'échappement. Le moteur comporte, par exemple, un module multifonctionnel tel que décrit précédemment 15 à la figure 3 ayant l'organe monobloc 110 selon l'invention. Le module multifonctionnel n'est pas limitatif à l'exemple de description réalisée précédemment et peut comporter d'autres fonctions, par exemple une fonction de régulation du fluide de liquide de refroidissement dans l'échangeur ; 20 Les conduits et les dispositifs de raccordement de ces conduits au bloc moteur reliant le module multifonctionnel, tels que les conduits de gaz de réinjection et de liquide de refroidissement peuvent prendre des formes différentes adaptées à la configuration du bloc moteur pour améliorer la compacité du module, sa facilité de montage et sa résistance aux vibrations. 25 L'organe monobloc selon l'invention comporte l'avantage d'assurer deux fonctions, une fonction d'échangeur thermique et une fonction de boîte à eau. En outre, un tel organe monobloc permet de supprimer des raccords améliorant la fiabilité du dispositif et diminuant son coût de fabrication et de montage. 30 L'organe monobloc et le module multifonctionnel réalisé à partir d'un tel organe monobloc comporte moins de pièces, moins de joints et de colliers que les modules de l'état de l'art. En outre la tenue mécanique du module est améliorée par la suppression des supports et des raccords. Les risques vibratoires sont optimisés. Le montage du module multifonctionnel est facilité et le temps de 35 montage est diminué abaissant le coût du véhicule. REVENDICATIONS 1. Organe monobloc (110) pour moteur à combustion interne assurant au moins une fonction de refroidissement au moins partielle des gaz d'échappement destinés à être réinjectés dans le circuit d'admission du moteur, 1 o caractérisé en ce qu'il comporte une structure supérieure (50) comportant un échangeur thermique (52), de préférence de forme allongée, ayant au moins une partie d'un circuit (GE) de recirculation des gaz d'échappement du moteur et une partie d'un circuit (FR) de refroidissement du moteur, le refroidissement des gaz s'effectuant par échange thermique entre lesdits gaz 15 d'échappement et le liquide de refroidissement dans l'échangeur thermique, une structure inférieure (60) ayant une autre partie du circuit de refroidissement du moteur comportant au moins un boîtier de sortie d'eau (62) du moteur, un passage (84) entre la partie du circuit de refroidissement moteur dans l'échangeur thermique (52) et le boîtier de sortie d'eau (62) du moteur pour mettre les deux 20 parties du circuit de refroidissement du moteur en communication fluidique. 2. Organe monobloc selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure supérieure (50) est configurée pour épouser la forme d'une partie supérieure du boîtier de sortie d'eau (62) du moteur de façon à obtenir un bloc 25 compact formant l'organe monobloc selon l'invention. 3. Organe monobloc selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte à une de ses extrémités, d'un côté de l'échangeur (52), une sortie (70) des gaz refroidis pour le raccordement à un conduit de sortie des gaz 30 refroidis dans l'échangeur (52) et à proximité de cette sortie (70) des gaz refroidis un conduit d'entrée/sortie (74) de liquide de refroidissement destiné à être raccordé au circuit de refroidissement du moteur, et à une autre extrémité opposée, de l'autre côté de l'échangeur (52), une entrée des gaz d'échappement (80) dans l'échangeur pour le raccordement au circuit d'échappement des gaz du 35 moteur. 4. Organe monobloc selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le boîtier à eau (62), dans la structure inférieure (60) de l'organe monobloc comporte des évidements pour la circulation du fluide de refroidissement du moteur, un premier évidement (90) contigu à un deuxième évidement (92) du côté de l'entrée (80) des gaz dans l'échangeur (52), le passage (84) entre ce deuxième évidement 92 du boîtier à eau (62) et la partie du circuit de refroidissement (FR) du moteur dans l'échangeur (52). 5. Organe monobloc selon la revendication 4, caractérisé en ce que le 10 deuxième évidement (92) du boîtier à eau (62) comporte une entrée supplémentaire (96) de liquide de refroidissement du moteur. 6. Organe monobloc selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le boîtier à eau (62) est ouvert, du côté destiné à être fixe sur le bloc 15 moteur de façon étanche, formant des bords (100) dans un plan (P2) de fixation de l'organe monobloc, et en ce que les bords (100) comportent des sites de fixation (102) avec des trous (104) pour la fixation de l'organe monobloc sur le moteur. 20 7. Module multifonctionnel caractérisé en ce qu'il comporte un organe monobloc (110) selon l'une des revendications 1 à 6, solidaire d'un organe (114) de régulation du flux de gaz dans l'échangeur thermique. 8. Module multifonctionnel selon la revendication 7, caractérisé en ce que 25 le circuit de régulation du flux des gaz dans l'échangeur thermique est une vanne (114). 9. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne avec réinjection des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte dans le circuit 30 de réinjection des gaz un organe monobloc (110) selon l'une des revendications 1 à 6. 35