Brevet FR2919026A1 — publié le 20090123

Dispositif de réinjection des gaz d'échappement L'invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de réinjection des gaz d'échappement, par exemple, dans un moteur suralimenté. Les dispositifs de réinjection des gaz d'échappement, également désignés par EGR, sont généralement équipés d'un système de refroidissement destiné à refroidir les gaz d'échappement. La maîtrise de ce refroidissement permet d'améliorer les performances du dispositif EGR qui vise à réduire la teneur en oxyde d'azote des gaz d'échappement afin de respecter les normes anti-pollution, tout en gardant une stabilité de combustion satisfaisante. Un dispositif EGR, couramment utilisé, comprend, par exemple, un refroidisseur, également appelé échangeur de chaleur, communiquant avec un circuit de refroidissement recevant le liquide de refroidissement du moteur. Afin de maîtriser la température des gaz échappement réinjectés, le refroidisseur du dispositif EGR est associé à un conduit de dérivation, également appelé by-pass EGR. Ce by-pass est généralement intégré à l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire que les gaz d'échappement sont déviés sur le coté de l'échangeur. Pour contrôler efficacement la température, la capacité de refroidissement de l'échangeur thermique est généralement optimisée. Cependant un échangeur thermique avec une forte capacité de refroidissement aura un volume important et rend le moteur moins compact. De plus les échangeurs thermiques sont optimisés pour un point de fonctionnement à un débit optimal déterminé des gaz d'échappement. Le débit optimal est généralement un fort débit pour des points de fonctionnement très chauds, le contrôle de la température pour des points de fonctionnement intermédiaires étant alors très approximatif. La présente invention a pour objet de pallier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur, en créant un dispositif de réinjection des gaz d'échappement permettant de commander efficacement la température des gaz échappement réinjectés, circulant du circuit d'échappement vers le circuit d'admission. Cet objectif est atteint grâce à un dispositif de réinjection des gaz d'échappement comprenant un refroidisseur et un premier conduit de contournement du refroidisseur, le premier conduit de contournement étant alimenté en gaz d'échappement provenant d'un circuit d'échappement par une première vanne de dérivation, le refroidisseur et le premier conduit de contournement étant reliés à une second vanne de commande de réinjection des gaz d'échappement dans un circuit d'admission, caractérisé en ce qu'un second conduit équipé d'ailettes de refroidissement relie la première vanne de dérivation au refroidisseur et en ce que le premier conduit de contournement est entouré par une substance thermiquement isolante. Selon une autre particularité, la substance thermiquement isolante du premier conduit de contournement est une lame d'air maintenue dans une double cloison du premier conduit. Selon une autre particularité, la substance thermiquement isolante du premier conduit de contournement est réalisée par une couche d'un matériau thermiquement isolant disposée autour du premier conduit de contournement, contre sa surface extérieure. Selon une autre particularité, un courant d'air d'évacuation de la chaleur est dirigé sur le second conduit équipé d'ailettes de refroidissement. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux figures référencées ci-dessous : - la figure 1 représente une vue schématique d'un exemple de dispositif de recyclage des gaz d'échappement selon l'invention, installé entre le circuit d'admission et le circuit d'échappement d'un moteur ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'un exemple de conduit by-pass avec une couche isolante selon l'invention ; - la figure 3 représente une vue en perspective d'un exemple de conduit by-pass avec une double paroi emprisonnant une couche d'air isolante - la figure 4 est un schéma représentant les échanges de chaleur entre le conduit d'alimentation du refroidisseur, le refroidisseur et l'environnement sous le capot moteur ; - la figure 5 représente la disposition d'un dispositif de réinjection 10 des gaz d'échappement selon une architecture haute pression ; - la figure 6 représente la disposition d'un dispositif de réinjection des gaz d'échappement selon une architecture basse pression. L'invention va à présent être décrite en référence aux figures précédemment citées. L'air destiné à alimenter le moteur à combustion 15 interne est, par exemple, aspiré par un compresseur (11) d'un turbocompresseur (10, 11, 17). Le compresseur (11) est entraîné en rotation par une turbine (17) du turbocompresseur, la turbine (17) et le compresseur (11) étant solidaire d'un axe (10) tournant. De manière non limitative, l'air comprimé en sortie du compresseur (11) passe par un refroidisseur (12) qui 20 évacue de la chaleur, par exemple, dans l'air ou dans un liquide de refroidissement. L'air comprimé et refroidi, en sortie du refroidisseur (12), rencontre par exemple un volet (13) commandé par un actionneur (131) dans une position d'ouverture, ou respectivement de fermeture, pour augmenter, ou respectivement diminuer, le débit d'air frais. 25 De manière non limitative, des gaz d'échappement passant par une vanne (25) de commande de réinjection des gaz d'échappement, sont mélangés à l'air frais puis injectés dans le répartiteur (14) d'admission. La vanne (25) de commande de réinjection des gaz d'échappement est, par exemple, positionnée en position ouverte ou fermée par un actionneur (251). 30 Les actionneurs (131, 251 et respectivement 211) reçoivent, par exemple, des signaux de commandes (s131, s251 et respectivement s211) produits par une unité (100) de commande. L'unité (100) de commande produit par exemple une commande (s251) de fermeture de la vanne (25) de réinjection des gaz d'échappement, dans un mode d'alimentation du répartiteur d'admission, en air frais uniquement. L'unité (100) de commande produit, par exemple, une commande (s251) d'ouverture totale ou partielle de la vanne (25) de réinjection des gaz d'échappement, dans un mode d'alimentation du répartiteur d'admission, en air frais mélangé à des gaz d'échappement réinjectés. Le mélange gazeux alimentant le répartiteur (14) d'admission est brûlé dans les chambres (15) de combustion du moteur, les gaz d'échappement, en sortie des chambres (15) de combustion étant ensuite récupérés dans le collecteur (16) d'échappement. En sortie du collecteur d'échappement les gaz passent par la turbine (17) et entraînent la turbine (17) en rotation. D'autre part, une partie des gaz en sortie du collecteur (16) d'échappement passe par le dispositif (2) de réinjection des gaz d'échappement, également appelé dispositif EGR, lorsque la vanne (25) de commande de réinjection des gaz d'échappement est ouverte. Le dispositif (2) EGR comprend en entrée, en liaison avec le circuit d'échappement, une vanne (21) de dérivation, également appelée vanne by-pass. La vanne (21) by-pass est commandée par un actionneur (211) dans une position déterminée. Selon la position de la vanne (21) by-pass, les gaz d'échappement entrant dans le dispositif (2) EGR, sont orientés vers un premier conduit (24) de contournement, également appelé conduit by-pass, équipé de moyens d'isolation thermique ou vers un second conduit (22) d'évacuation de la chaleur et d'alimentation d'un refroidisseur (23). La vanne (21) by-pass est, par exemple, commandée par l'unité (100) de commande, dans une position de contournement total, dans laquelle les gaz d'échappement en entrée du dispositif (2) EGR, sont dirigés, en totalité, vers le premier conduit (24) by-pass. De façon avantageuse, la perte de chaleur à travers le conduit (24) by-pass thermiquement isolé, est limitée. Les gaz d'échappement auront, par exemple, une température d'environ 150 C supérieure à la température des gaz d'échappement circulant dans un conduit by-pass non isolé. Le gain d'énergie est donc important et la température des gaz d'échappement réinjectés est mieux maîtrisée. Dans une autre configuration, la vanne (21) by-pass est commandée dans une position de refroidissement total, dans laquelle les gaz d'échappement en entrée du dispositif (2) EGR, sont dirigés, en totalité vers le second conduit (22) d'évacuation de la chaleur et d'alimentation du refroidisseur (23). La figure 4 représente, de manière non limitative, les échanges de chaleur entre l'environnement (ENV) du moteur, sous le capot d'un véhicule, le conduit (22) d'alimentation et le refroidisseur (23). La quantité de chaleur (El) évacuée par le conduit (22) d'alimentation, dans l'environnement (ENV) moteur, est augmentée grâce à des ailettes de refroidissement de ce conduit (22). Pour des débits de gaz d'échappement forts ou faibles, la différence entre la température (Ti) en entrée du conduit d'alimentation et la température (T2) en sortie du conduit (22) d'alimentation, est augmentée de 50 C à 150 C. La capacité de refroidissement du conduit (22) d'alimentation est augmentée et permet avantageusement de réaliser le refroidisseur en conséquence. Le volume du refroidisseur pourra, par exemple, être diminué. De plus la capacité de refroidissement du conduit (22) d'alimentation étant augmentée, les écarts entre l'énergie (El) calorifique évacuée par le conduit (22) d'alimentation et l'énergie calorifique (E2) évacuée par le refroidisseur (23), pour différents points de fonctionnement, sont aplanis. Les écarts de dissipation d'énergie (El) par le conduit (22) d'alimentation en fonction du débit (Qegr) massique des gaz d'échappement circulant dans ce conduit (22), sont moindres. En effet dans le cas d'un conduit dépourvu d'ailette, alimentant le refroidisseur, la part de l'énergie dissipée par ce conduit d'alimentation par rapport à l'énergie totale dissipée par le refroidisseur et par son conduit d'alimentation, pouvait passer de 20%, pour des débits de gaz importants, à 65% pour des faibles débits de gaz. Grâce aux ailettes de refroidissement, ces écarts sont diminués et la précision dans la maîtrise du refroidissement des gaz d'échappement, est améliorée. La température (T3) en sortie du refroidisseur (23) est ainsi mieux maîtrisée. Dans une autre configuration, la vanne (21) by-pass est commandée dans une position intermédiaire, dans laquelle les gaz d'échappement en entrée du dispositif (2) EGR, sont dirigés, en partie vers le premier conduit (24) by-pass et en partie vers le second conduit (22) d'évacuation de la chaleur et d'alimentation du refroidisseur (23). La meilleure maîtrise de l'énergie dissipée lors du refroidissement et la limitation des pertes de chaleur par le conduit (24) by-pass, permet d'augmenter la plage fonctionnelle du dispositif EGR qui permet la réduction de la teneur en oxyde d'azote des gaz d'échappement tout en gardant une stabilité de combustion satisfaisante. Le refroidisseur avec ses points de fonctionnement optimisés, généralement pour des températures très élevées, est associé à un conduit (22) d'alimentation et d'évacuation de la chaleur qui améliore les performances du dispositif (2) EGR, pour les points de fonctionnement intermédiaires. En sortie du premier conduit (24) by-pass ou en sortie du refroidisseur (23), les gaz d'échappement sont dirigés vers la vanne (25) de commande de réinjection des gaz d'échappement. Selon l'ouverture plus ou moins importante de la vanne, la quantité de gaz d'échappement réinjectés est plus ou moins importante. De manière non limitative, le dispositif (2) EGR est alimenté en gaz d'échappement sortant du collecteur (16) d'échappement, ces gaz étant réinjectés en entrée du répartiteur (14) d'admission, comme représenté à la figure 5. Dans cette configuration similaire à un système de réinjection des gaz d'échappement haute pression, le programme de commande des vannes pilotant la réinjection des gaz d'échappement sera aussi similaire. De manière non limitative, dans un autre exemple de réalisation, le dispositif (2) EGR est alimenté en gaz d'échappement sortant d'un filtre (18) à particules en aval de la turbine (17), ces gaz étant réinjectés en entrée du compresseur (11), comme représenté à la figure 6. Dans cette configuration similaire à un système de réinjection des gaz d'échappement basse pression, le programme de commande des vannes pilotant la réinjection des gaz d'échappement sera aussi similaire. Le premier conduit (24) by-pass est entouré, de manière non limitative, par un matériau isolant comme représenté à la figure 2. La cloison (241) du premier conduit by-pass est par exemple, en contact avec un matériau thermiquement isolant et résistant à la chaleur, par exemple sous la forme d'une gaine. Ce matériau isolant est, par exemple, de manière non limitative, un matériau de type céramique, plastique ou fibre de verre. Selon un autre exemple de réalisation, comme représenté à la figure 3, le conduit (24) by-pass comprend une double cloison. Une lame d'air (244) isolante est, par exemple, comprise dans un compartiment étanche formé par une cloison (241) interne du conduit (24) by-pass et sa cloison (242) externe. Les gaz d'échappement circulant dans la partie délimitée par la cloison (241) interne, sont ainsi thermiquement isolés. Le second conduit (22) d'évacuation de la chaleur et d'alimentation du refroidisseur comprend, de façon avantageuse des ailettes de refroidissement. Le second conduit est, par exemple, un conduit métallique, dont la paroi extérieure est équipée d'ailettes de refroidissement s'étendant normalement à sa surface extérieure, sur une longueur déterminée. De manière non limitative, les ailettes sont parallèles entre elles. Les ailettes de refroidissement sont, par exemple, des plaques d'épaisseur et de largeur déterminées, écartées les unes des autres pour permettre la circulation de l'air. Selon un autre exemple, les ailettes sont des plaques, d'épaisseur déterminée, s'étendant normalement à sa surface extérieur du conduit (22) d'alimentation et entourant le conduit (22) d'alimentation. De manière non limitative, l'environnement moteur est aménagé pour qu'un courant d'air circulant dans le compartiment moteur, passe entre les ailettes du conduit (22) afin d'avoir une meilleure évacuation de la chaleur dans l'air. Un ventilateur commandé par l'unité (100) de commande, souffle par exemple de l'air sur les ailettes de refroidissement. La surface extérieure des ailettes permet un échange de chaleur entre le conduit (22) d'alimentation et l'air de l'environnement moteur. En sortie du second conduit (22), les gaz d'échappement rentrent dans le refroidisseur (23) du dispositif (2) EGR. De manière non limitative, ce refroidisseur (23) est un refroidisseur à eau ou un refroidisseur à air. L'isolation thermique du premier conduit (24) by-pass et les moyens d'évacuation de la chaleur du deuxième conduit (22) alimentant le refroidisseur (23), permettent une meilleure maîtrise de la température des gaz d'échappement réinjectés. En effet dans un mode de réinjection de gaz d'échappement chauds l'énergie calorifique des gaz d'échappement passant par le premier conduit (24) by-pass est conservée et transmise au circuit d'admission. Les pertes calorifiques, par le conduit by-pass, sont ainsi négligeables et indépendantes, par exemple, du débit des gaz d'échappement dans ce conduit (24). A l'inverse dans des dispositifs non équipés d'un conduit by-pass isolé, les pertes calorifiques au niveau du conduit by-pass impliquent une imprécision de la température des gaz d'échappement réinjectés. L'imprécision est d'autant 'moins maîtrisable que les pertes calorifiques dans un conduit non isolé, varient en fonction du débit. 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 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. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réinjection des gaz d'échappement comprenant un refroidisseur (23) et un premier conduit (24) de contournement du refroidisseur, le premier conduit (24) de contournement étant alimenté en gaz d'échappement provenant d'un circuit d'échappement par une première vanne (21) de dérivation, le refroidisseur (23) et le premier conduit (24) de contournement étant reliés à une second vanne (25) de commande de réinjection des gaz d'échappement dans un circuit d'admission, caractérisé en ce qu'un second conduit (22) équipé d'ailettes de refroidissement relie la première vanne (21) de dérivation au refroidisseur (23) et en ce que le premier conduit (24) de contournement est entouré par une substance (243, 241) thermiquement isolante. 2. Dispositif de réinjection des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance thermiquement isolante du premier conduit (24) de contournement est une lame (244) d'air maintenue dans une double cloison (242, 241) du premier conduit (24). 3. Dispositif de réinjection des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance thermiquement isolante du premier conduit (24) de contournement est réalisée par une couche d'un matériau (243) thermiquerent isolant disposée autour du premier conduit (24) de contournement, contre sa surface extérieure. 4. Dispositif de réinjection des gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un courant d'air d'évacuation de la chaleur est dirigé sur le second conduit (22) équipé d'ailettes de refroidissement.