Brevet FR2919674A1 — publié le 20090206

Dispositif d'orientation et de régulation des qaz d'échappement d'un moteur thermique dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement appelée EGR vers l'admission d'air La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques, de type diesel de véhicules automobiles, et propose en particulier un dispositif d'orientation et de régulation des gaz d'échappement dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement appelée EGR vers l'admission d'air. Pour parvenir au niveau de dépollution requis par la législation pour io un moteur thermique de type diesel, il est possible d'utiliser un circuit de recirculation des gaz d'échappement appelée EGR (Exhaust Gas Recirculation) vers l'admission, qui comprend une première vanne appelée vanne EGR pour doser la quantité de gaz d'échappement recirculés et une deuxième vanne appelée vanne bypass de déviation pour orienter les gaz 15 d'échappement recirculés vers une première voie c'est à dire un refroidisseur de gaz EGR ou vers une deuxième voie correspondant à une branche bypass. En effet, certains polluants émis par les gaz d'échappement des véhicules automobiles ont des conséquences néfastes pour l'environnement 20 et la santé. La recirculation des gaz d'échappement (EGR) refroidis à l'admission permet de réduire le niveau des oxydes d'azote à l'échappement grâce à la diminution de la vitesse et de la température maximale atteinte pendant la combustion et à la diminution de la concentration d'oxygène. Mais lorsque le 25 moteur et le catalyseur sont froids, le refroidissement des gaz d'échappement recirculés provoque l'augmentation des émissions des hydrocarbures imbrûlés à l'échappement. Pour limiter cette émission d'hydrocarbures imbrûlés pendant la montée en température du moteur et du catalyseur, les gaz d'échappement recirculés sont orientés vers la deuxième voie par la branche bypass de déviation, qui permet de ne pas refroidir les gaz d'échappement recirculés. Dans un circuit EGR, la double fonction de dosage et d'orientation des gaz d'échappement recirculés est généralement assurée par deux s obturateurs commandés par des actionneurs distincts, ce qui rend le circuit EGR encombrant, lourd et onéreux. Les solutions actuelles proposées pour répondre aux normes européennes d'émission en particulier EUROIV et EUROV qui fixent les limites maximales des rejets polluants pour les véhicules roulants, se ~o composent d'une première vanne commandée par un moteur électrique et d'une deuxième vanne pneumatique on/off. Or, un tel système implique l'utilisation pour chaque actionneur pneumatique on/off d'une voie du calculateur et une électrovanne avec son circuit de vide et l'utilisation pour chaque actionneur électrique d'un circuit de puissance dans le calculateur ou 15 dans le composant. De plus, chaque obturateur doit avoir un système de guidage et d'étanchéité dont les composants sont généralement sensibles aux problèmes de température, de vibration, d'encrassement ou de corrosion. Les systèmes actuels sont donc complexes entraînant des problèmes de fiabilité. 20 Il est également connu, par la demande de brevet FR 2 883 038, un dispositif de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant une vanne ayant un élément de régulation représenté par un disque, percé d'un orifice de passage, mobile entre une position d'obturation et une position de dégagement du conduit et comportant des moyens de 25 déplacement de l'élément de régulation entre une position décollée et une position appliquée. L'élément de régulation est actionné via un moteur électrique. La vanne d'un tel dispositif assure la double fonction de régulation de débit et de sélection de voie en utilisant un seul actionneur, le moteur électrique. Or, l'utilisation de ce dispositif entraîne une augmentation de la 30 perte de charge due à un angle de 90 entre l'entrée et la sortie. Par ailleurs, l'élément de régulation possède une surface au moins égale à trois fois la section d'une voie, entraînant un encombrement du dispositif. Et enfin, la géométrie de la vanne augmente le risque d'accumulation de suies dus à des zones de vitesse de gaz quasi nulle. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif d'orientation et de régulation des gaz d'échappement d'un moteur thermique dans un circuit EGR vers l'admission d'air permettant d'assurer simultanément la double fonction de dosage et d'orientation des gaz d'échappement et par conséquent, de réduire l'encombrement, le poids et le coût et d'augmenter la fiabilité. Pour atteindre ce but, le dispositif d'orientation et de régulation des ~o gaz d'échappement d'un moteur thermique dans un circuit de recirculation des gaz d'échappement appelée EGR est caractérisé en ce qu'il comprend un prernier conduit de section tubulaire d'axe de symétrie (A) dans lequel les gaz d'échappement se déplacent selon une direction parallèle à l'axe de symétrie (A) pour rencontrer à l'intérieur de ce premier conduit un 1s corps hémisphérique fermé par une surface circulaire plane et monté pivotant de façon que la surface circulaire plane puisse prendre au moins une position perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) appelée position d'obturation et deux positions colinéaires à l'axe de symétrie (A), une cloison disposée en amont du corps hémisphérique séparant suivant l'axe de 20 symétrie (A) le premier conduit en deux conduits indépendants, appelées respectivement deuxième conduit et troisième conduit de sections tubulaires. Selon une autre particularité, le corps hémisphérique fermé par la surface circulaire plane forme une pièce monobloc, le rayon du corps hémisphérique correspondant au rayon du premier conduit de section 25 tubulaire. Selon une autre particularité, le pivotement du corps hémisphérique est assuré par un axe (C) de commande solidaire du corps hémisphérique, passant par le centre du corps hémisphérique et formant un angle fixe avec la surface circulaire plane. 30 Selon une autre particularité, l'axe (C) de commande permet de faire pivoter le corps hémisphérique dans un premier sens de pivotement et dans un deuxième sens de pivotement, sens inverse au premier sens de pivotement, de façon à ce que le corps hémisphérique puisse prendre une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire plane est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la s surface circulaire plane est colinéaire à l'axe de symétrie (A) pour obturer un des deux conduits et simultanément doser le débit des gaz d'échappement orientés vers le conduit non obturé. Selon une autre particularité, le corps hémisphérique comprend un système d'étanchéité pour assurer un débit quasi nul des gaz ~o d'échappement entre le premier conduit et les deux conduits lorsque le corps hémisphérique est en position d'obturation des deux conduits. Selon une autre particularité, la cloison d'axe de symétrie (A) se situant en amont du corps hémisphérique et séparant suivant l'axe de symétrie (A) le premier conduit en deux conduits assure l'étanchéité du 15 conduit obturé lorsque le corps hémisphérique est en position d'obturation d'un des deux conduits au moyen d'une surface courbe jouxtant le corps hémisphérique dont la forme de cette surface courbe suit une partie de la courbure du corps hémisphérique, les contours de cette surface courbe rejoignant respectivement les contours de la surface de jonction formée par 20 les deux conduits. Selon une autre particularité, le deuxième conduit correspond à la branche bypass et le troisième conduit correspond à un refroidisseur de gaz EGR, ces deux conduits se rejoignant pour orienter les gaz d'échappement vers l'admission d'air du moteur thermique. 25 Selon une autre particularité, le dispositif d'orientation et de régulation fonctionne égalernent pour réguler et orienter un écoulement issu de deux conduits d'entrée vers un conduit de sortie. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la 30 description explicative qui va suivre faite en référence aux figures annexées donnée à titre d'exemples non limitatifs dans lesquelles : la figure 1 représente un schéma du circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant le dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention ; la figure 2 représente un schéma du dispositif d'orientation et de 5 régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position d'obturation ; la figure 3 représente une vue de droite du schéma du dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position d'obturation io la figure 4 représente une vue de gauche du schéma du dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position d'obturation la figure 5 représente une vue de dessus du schéma du dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps 15 hémisphérique est en position d'obturation la figure 6a représente un schéma du dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position de dégagement, le conduit obturé étant le troisième conduit ; la figure 6b représente une vue de gauche du schéma du dispositif 20 d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position de dégagement, le conduit obturé étant le troisième conduit ; la figure 7a représente un schéma du dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position 25 de dégagement, le conduit obturé étant le deuxième conduit; la figure 7b représente une vue de gauche du schéma du dispositif d'orientation et de régulation selon l'invention lorsque le corps hémisphérique est en position de dégagement, le conduit obturé étant le deuxième conduit ; 30 En référence à la figure 1, le dispositif d'orientation et de régulation (2) selon l'invention est utilisé, dans l'exemple représenté, d'une part, pour assurer l'étanchéité dans un premier conduit (11) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) et d'autre part, pour orienter et réguler simultanément les gaz d'échappement d'un premier conduit (11) vers un conduit (12) ou (13) privilégié, le deuxième conduit (12) correspondant à la branche bypass d'un circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement appelée EGR et le troisième conduit (13) correspondant à la branche de refroidissement des gaz d'échappement du circuit (1) EGR. Ces deux conduits (12, 13) de sortie se rejoignent pour ne former qu'un conduit dans lequel les gaz d'échappement se déplacent vers l'admission d'air. ~o Cependant, l'invention s'appliquera également à tout autre dispositif où il est nécessaire de pouvoir assurer l'étanchéité entre un conduit d'entrée et deux conduits de sortie et de pouvoir régler la section de chacun des deux conduits de sortie pendant que l'autre conduit de sortie est obturé. En référence aux figures 1 à 7, le dispositif d'orientation et de 15 régulation (2) des gaz d'échappement du moteur thermique (3) comprend un premier conduit (11) indépendant de section tubulaire d'axe de symétrie (A) dans lequel les gaz d'échappement se déplacent selon une direction parallèle à l'axe de symétrie (A) pour rencontrer à l'intérieur de ce premier conduit (11), un corps hémisphérique (20) fermé par une surface circulaire 20 plane (200). Le corps hémisphérique (20) est monté pivotant de façon à ce que la surface circulaire plane (200) puisse prendre au moins une position perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) appelée position d'obturation et au moins deux positions colinéaires à l'axe de symétrie (A). Le corps 25 hémisphérique (20) fermé par la surface circulaire plane (200) forme une pièce monobloc. Il est à noter que le rayon du corps hémisphérique (20) correspond au rayon du premier conduit (11). Par ailleurs, le pivotement du corps hémisphérique (20) est assuré par un axe (C) de commande (201) solidaire du corps hémisphérique (20). L'axe (C) de commande (201) passe 30 par le centre du corps hémisphérique (20), notamment par le centre de la surface circulaire plane (200), et forme un angle fixe avec cette surface circulaire plane (200). Le dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement du moteur thermique (3) comprend également une cloison (21) d'axe de s symétrie (A) située en amont du corps hémisphérique (20) séparant suivant l'axe de symétrie (A) le premier conduit (11) en deux conduits (12, 13) indépendants de sections tubulaires et dont la somme correspond à la section tubulaire du premier conduit (11). En outre, cette cloison (21) assure l'étanchéité du conduit obturé (12) ou (13) par le corps hémisphérique (20) ~o au moyen d'une surface courbe (210) jouxtant le corps hémisphérique (20) dont la forme de cette surface courbe (210) suit une partie de la courbure du corps hémisphérique (20), les contours de cette surface courbe (210) rejoignant respectivement les contours de la surface de la jonction (211) formée par les deux conduits (12, 13). 15 Enfin, le corps hémisphérique (20) comporte également un système d'étanchéité assurant un débit quasi nul des gaz d'échappement entre le premier conduit (11) et les deux conduits (12, 13) lorsque le corps hémisphérique (20) est en position d'obturation. Le système d'étanchéité peut être, par exemple, un segment maintenu dans une gorge située sur 20 l'hémisphère du corps hémisphérique (20) et proche de la surface plane (200). On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement du moteur thermique (3) selon l'invention qui vient d'être décrit. 25 En référence aux figures 2 à 5, lorsque le dispositif d'orientation et de régulation (2) est au repos, la surface circulaire plane (200) du corps hémisphérique (20) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) ce qui obture simultanément les deux conduits (12, 13) : le corps hémisphérique (20) est en position d'obturation. Le débit des gaz d'échappement vers les conduits 30 (12, 13) est alors quasi-nul grâce au système d'étanchéité du corps hémisphérique (20). En référence aux figures 6 à 7, lorsque le dispositif d'orientation et de régulation (2) est mis en action, le corps hémisphérique (20) peut également pivoter au moyen de l'axe (C) de commande (201) dans un premier sens de pivotement et dans un deuxième sens de pivotement, sens inverse au premier sens de pivotement, pour prendre une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire plane (200) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A) de façon à obturer un des deux conduits (12) ou (13). ~o Le corps hémisphérique (20) peut donc pivoter dans le premier sens de pivotement en prenant une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire plane (200) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A). Dans cette situation, le corps hémisphérique (20) 1s obture complètement le troisième conduit (13) et les gaz d'échappement s'orientent vers la section variable de passage du deuxième conduit (12). En effet, le corps hémisphérique (20) peut prendre une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire plane (200) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la surface circulaire 20 plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A), pour réduire ou augmenter la section de passage des gaz d'échappement dans le deuxième conduit (12) tout en obturant complètement le troisième conduit (13). Ainsi le pivotement du corps hémisphérique (20) permet de doser le débit nécessaire des gaz d'échappement dans le deuxième conduit (12) en obturant complètement le 25 troisième conduit (13) dans le premier sens de pivotement. Bien entendu, lorsque la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A) dans ce premier sens de pivotement, le deuxième conduit (12) est complètement ouvert, le troisième conduit (13) est complètement obturé et le débit des gaz d'échappement est maximal comme 30 le montre la figure 6. Le corps hémisphérique (20) peut également pivoter dans le deuxième sens de pivotement en prenant une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire plane (200) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A). Dans cette situation, le corps hémisphérique (20) obture complètement le deuxième conduit (12) et les gaz d'échappement s'orientent vers la section variable de passage du troisième conduit (13). En effet, le corps hémisphérique (20) peut prendre une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire ~o plane (200) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A), pour réduire ou augmenter la section de passage des gaz d'échappement dans le troisième conduit (13) tout en obturant complètement le deuxième conduit (12). Ainsi le pivotement du corps hémisphérique (20) permet de doser le 1s débit nécessaire des gaz d'échappement dans le troisième conduit (13) en obturant complètement le deuxième conduit (12) dans le deuxième sens de pivotement. Bien entendu, lorsque la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A) dans ce deuxième sens de pivotement, le troisième 20 conduit (13) est complètement ouvert, le deuxième conduit (12) est complètement obturé et le débit des gaz d'échappement est maximal comme le montre la figure 7. Il est à noter que lorsque le corps hémisphérique (20) est en position d'obturation d'un des deux conduits (12) ou (13), l'étanchéité des conduits 25 obturés est assurée par la cloison (21). Une variante de fonctionnement du dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement selon l'invention qui vient d'être décrit est aussi proposée. En effet, le dispositif d'orientation et de régulation (2) fonctionne également avec un sens de déplacement des gaz d'échappement 30 inverse au fonctionnement qui vient d'être décrit. Dans cette situation, le dispositif comprend alors deux conduits d'entrée et un conduit de sortie. 'o Un des avantages de l'invention est que le dispositif d'orientation et de régulation (2) permet d'assurer la double fonction de dosage et d'orientation des gaz d'échappement du moteur thermique (3) issu d'un conduit (11) vers un conduit (12) ou (13) privilégié du fait du pivotement du corps hémisphérique (20) et en conséquence, permet de réduire l'encombrement, le poids, le coût et augmenter la fiabilité. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de lo l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) dans un circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement appelée EGR caractérisé en ce qu'il comprend un premier conduit (11) de section tubulaire d'axe de symétrie (A) dans lequel les gaz d'échappement se déplacent selon une direction parallèle à l'axe de symétrie (A) pour rencontrer à l'intérieur de ce premier conduit (11) un corps hémisphérique (20) fermé par une surface circulaire plane (200) et monté pivotant de façon que la surface circulaire plane (200) puisse prendre au moins une position perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) appelée position d'obturation et deux positions colinéaires à l'axe de symétrie (A), une cloison (21) disposée en amont du corps hémisphérique (20) séparant suivant l'axe de symétrie (A) le premier conduit (11) en deux conduits (12, 13) indépendants, appelées respectivement deuxième conduit (12) et troisième conduit (13) de sections tubulaires. 2. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon la revendication 1, dans lequel le corps hémisphérique (20) fermé par la surface circulaire plane (200) forme une pièce monobloc, le rayon du corps hémisphérique (20) correspondant au rayon du premier conduit (11) de section tubulaire. 3. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon une des revendications 1 à 2, dans lequel le pivotement du corps hémisphérique (20) est assuré par un axe (C) de commande (201) solidaire du corps hémisphérique (20), passant par le centre du corps hémisphérique (20) et formant un angle fixe avec la surface circulaire plane (200). 4. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel l'axe (C) de commande (201) permet de faire pivoter le corps hémisphérique(20) dans un premier sens de pivotement et dans un deuxième sens de pivotement, sens inverse au premier sens de pivotement, de façon à ce que le corps hémisphérique (20) puisse prendre une pluralité de positions possibles de sa position d'obturation où la surface circulaire plane (200) est perpendiculaire à l'axe de symétrie (A) à la position où la surface circulaire plane (200) est colinéaire à l'axe de symétrie (A) pour obturer un des deux conduits (12) ou (13) et simultanément doser le débit des gaz d'échappement orientés vers le conduit (12) ou (13) non obturé. 5. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon une des revendications 1 à 4, dans lequel le corps hémisphérique (20) comprend un système d'étanchéité pour assurer un débit quasi nul des gaz d'échappement entre le premier conduit (11) et les deux conduits (12, 13) lorsque le corps hémisphérique (20) est en position d'obturation des deux conduits (12, 13). 6. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel la cloison (21) d'axe de symétrie (A) se situant en amont du corps hémisphérique (20) et séparant suivant l'axe de symétrie (A) le premier conduit (11) en deux conduits (12, 13) assure l'étanchéité du conduit obturé (12) ou (13) lorsque le corps hémisphérique (20) est en position d'obturation d'un des deux conduits (12, 13) au moyen d'une surface courbe (210) jouxtant le corps hémisphérique (20) dont la forme de cette surface courbe (210) suit une partie de la courbure du corps hémisphérique (20), les contours de cette surface courbe (210) rejoignant respectivement les contours de la surface de jonction (211) formée par les deux conduits (12, 13). 7. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le deuxième conduit (12) correspond à la branche bypass et le troisième 3o conduit (13) correspond à un refroidisseur de gaz EGR, ces deux conduits(12, 13) se rejoignant pour orienter les gaz d'échappement vers l'admission d'air du moteur thermique (3). 8. Dispositif d'orientation et de régulation (2) des gaz d'échappement d'un moteur thermique (3) selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le s dispositif d'orientation et de régulation (2) fonctionne également pour réguler et orienter un écoulement issu de deux conduits d'entrée vers un conduit de sortie.