Brevet FR2931897A1 — publié le 20091204

B08-0837FR - EGA/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé de décrassage d'une vanne de recirculation des gaz d'échappement et moteur à combustion interne. Invention de : CHENUET Laurent Procédé de décrassage d'une vanne de recirculation des gaz d'échappement et moteur à combustion interne. L'invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne de type essence ou Diesel, produisant des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes telles que des oxydes d'azote (NOx). L'invention concerne en particulier les dispositifs et procédés de recirculation des gaz d'échappement qui sont prélevés en aval du moteur et réintroduits dans le circuit d'admission du moteur en passant à travers une vanne dite � vanne EGR �. Les gaz d'échappement sont chargés de particules et de suies qui peuvent se déposer dans la vanne EGR et progressivement altérer son fonctionnement. L'invention concerne le domaine des procédés de décrassage de la vanne EGR ainsi que les moteurs utilisant le procédé. Lors de la recirculation des gaz d'échappement, l'azote et l'oxygène de l'air d'admission sont mélangés avec les gaz d'échappement et en particulier avec le dioxyde de carbone (CO2) issu des gaz d'échappement. Le CO2 présente une capacité calorifique supérieure aux autres gaz contenus dans l'air. Lors du dégagement d'énergie provoqué par la combustion du carburant, l'élévation de la température dans la chambre de combustion est réduite par rapport au même dégagement d'énergie dans un volume d'air sans CO2. Cette réduction de température diminue la proportion de NOx émise. Il existe plusieurs types de procédés de recirculation selon l'endroit où sont prélevés les gaz d'échappement. Les gaz recirculés peuvent être prélevés en amont de la turbine du turbocompresseur, on parle alors de EGR haute pression. Les gaz de recirculation peuvent être prélevés en aval de la turbine, du catalyseur d'oxydation et du filtre à particules, on parle de EGR basse pression. Les procédés EGR haute pression présentent l'avantage de réduire le taux d'hydrocarbures imbrûlés ainsi que le taux de monoxyde de carbone (CO) émis. Ce type de recirculation convient pour les phases de démarrage du véhicule ou pour des circulations en milieu urbain, lorsque le moteur est encore froid. Les gaz de recirculation dans les dispositifs EGR haute pression sont plus chargés en particules et en suies que dans les dispositifs EGR basse pression. Le décrassage de la vanne EGR est particulièrement nécessaire pour les dispositifs EGR haute pression. La demande de brevet WO 00/47344 propose un appareil pour nettoyer le système de recirculation des gaz d'échappement. Un solvant est injecté. Ce procédé présente l'inconvénient d'utiliser un produit nocif pour la santé et pour l'environnement. La demande de brevet JP 55 072 644 décrit un dispositif pour éviter le blocage d'une vanne EGR. Une buse permet d'introduire de l'air en amont de la vanne EGR. Un tel procédé présente l'inconvénient d'augmenter la proportion d'oxygène dans les gaz de recirculation et donc dans la chambre de combustion. Durant les phases de décrassage de la vanne EGR, l'avantage de la recirculation des gaz d'échappement est réduit et la pollution émise augmente. La demande de brevet FR 2 869 648 décrit un dispositif de décrassage du circuit de recirculation des gaz d'échappement. Un liquide de décrassage est injecté dans ledit circuit, et en particulier un liquide inflammable tel que de l'essence. Le décrassage décrit est provoqué par l'inflammation de l'essence injectée qui brûle les particules d'huile et de suie déposées dans le circuit. Un tel procédé de décrassage présente l'inconvénient d'élever brutalement la température des gaz pénétrant dans la chambre de combustion du moteur. Cela augmente temporairement la pollution émise par la combustion. Cela peut aussi risquer de dégrader certains composants du moteur tels que les soupapes. Cela peut aussi provoquer des combustions à un moment inapproprié du cycle de combustion, et provoquer un effet appelé cliquetis. L'invention propose un procédé de décrassage de la vanne EGR et un moteur utilisant ce procédé, remédiant aux inconvénients précédents, et en particulier permettant d'améliorer le nettoyage des particules déposées dans la vanne EGR, sans élever la température des gaz recirculés, sans perturber le cycle de combustion du moteur. Selon un mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de décrassage d'une vanne montée dans un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne prélevés en amont d'un turbocompresseur, la vanne étant équipée d'un moyen d'obstruction actionnable. Le décrassage se fait par injection d'un liquide dans le circuit de recirculation. Le liquide injecté est un liquide aqueux. L'injection se fait dans la vanne au voisinage des moyens d'obstruction de la vanne. Le liquide aqueux présente une température de vaporisation inférieure à celle des gaz d'échappement. En raison de la capacité calorifique très élevée de l'eau, la vaporisation du liquide aqueux provoque un refroidissement plus important et plus soudain des gaz d'échappement présents dans la vanne EGR que lors de l'injection d'un liquide quelconque. Ce refroidissement brutal affecte, par conduction thermique des gaz, une zone de refroidissement plus large que l'endroit où le liquide aqueux est pulvérisé. Le choc thermique provoque le décollement des particules et des suies dans toute la zone de refroidissement. Ainsi, grâce à la capacité calorifique très élevée du liquide aqueux injecté, les suies sont décollées même dans des endroits non atteints par le jet de liquide aqueux pulvérisé. Le choc thermique de refroidissement des gaz d'échappement recirculés est plus efficace que la simple énergie cinétique du jet de liquide injecté. De plus, le liquide aqueux ne s'enflamme pas et n'élève pas la température des gaz de recirculation. Enfin, la vapeur d'eau traverse la chambre de combustion du moteur sans être altérée chimiquement. La molécule d'eau n'est pas dissociée. Un tel procédé ne produit aucun effet nocif sur l'environnement. Avantageusement, l'injection se fait par une succession d'injections individuelles d'une durée inférieure à une seconde. Selon une variante, les injections individuelles sont réparties temporellement de manière régulière. Selon une variante, on détermine des phases de décrassage de la vanne en fonction de paramètres du régime de rotation du moteur et/ou de la consigne d'accélération demandée, et/ou de l'état d'ouverture de la vanne. Selon un autre aspect, l'invention concerne un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur et d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement prélevés en amont du turbocompresseur. Le circuit de recirculation est muni d'une vanne. La vanne comprend un moyen d'injection situé à l'intérieur de la vanne. Le moyen d'injection est conçu pour injecter de l'eau. Selon un mode de réalisation, la vanne comprend des moyens d'obstruction, le moyen d'injection étant situé en amont des moyens d'obstruction. Selon un autre mode de réalisation, la vanne comprend des moyens d'obstruction présentant une section d'obstruction, le moyen d'injection étant situé à une distance des moyens d'obstruction inférieure à deux fois le diamètre équivalent de la section d'obstruction. Selon un autre mode de réalisation, le moyen d'injection est situé à une distance des moyens d'obstruction telle qu'une quantité d'eau pulvérisée à température ambiante dans des gaz d'échappement à une température supérieure à 200°C traversant ladite vanne, soit apte à ladite distance à refroidir les gaz avec un gradient supérieur à 50°C/s et de préférence supérieur à l00°C/s. Selon une variante, le moyen d'injection est un capillaire, débouchant dans la vanne, équipé d'un clapet antiretour et relié à un réservoir d'eau via une pompe d'alimentation. Selon une autre variante, le moyen d'injection est un injecteur commandable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, dans lequel la figure 1 est un diagramme illustrant un moteur à combustion interne. Comme illustré sur la figure 1, le moteur à combustion interne 1 est équipé d'un turbocompresseur 2, d'un circuit d'admission 3, d'un circuit d'échappement 4 et d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement 5. Le circuit d'admission 3 amène de l'air frais à travers un étage de compression 6 du turbocompresseur 2 et alimente une pluralité de chambres de combustion 7. Le circuit d'échappement 4 collecte les gaz d'échappement des chambres de combustion 7 et alimente un étage de turbine 8 du turbocompresseur 2. Une dérivation 9 de prélèvement d'une partie des gaz d'échappement est située dans le circuit d'échappement 4 entre les chambres de combustion 7 et l'étage 8 de turbine. Le circuit de recirculation 5 des gaz d'échappement relie la dérivation 9 à un point de jonction 10 du circuit d'admission 3. Le circuit de recirculation 5 comprend une vanne 11 appelée communément vanne � EGR �. Le circuit 5 de recirculation est un circuit de type haute pression car le point de dérivation 9 est en amont de la turbine 8 et que le point de jonction 10 est en aval du compresseur 6. La pression des gaz d'échappement dans la dérivation 9 provient des gaz échauffés donc dilatés par la combustion dans les chambres de combustion 7. La pression dans la dérivation 9 est supérieure à la pression dans le point de jonction 10, de sorte que le débit de recirculation des gaz d'échappement est principalement contrôlé par la vanne EGR 11. Le circuit de recirculation 5 peut également comprendre un refroidisseur des gaz de recirculation. La vanne EGR 11 comprend un moyen d'obstruction 12 permettant d'interrompre le flux de gaz d'échappement s'écoulant depuis la dérivation 9 vers le point de jonction 10. Selon une variante, les moyens d'obstruction 12 sont du type � volet à papillons �. Un disque 13 pivote autour d'un axe 14. Dans une position de fermeture, le disque 13 occulte une section d'obstruction 15. Dans cette variante, la vanne 11 présente un conduit amont 16 et un conduit aval 17 sensiblement alignés. L'axe 14 est sensiblement perpendiculaire à l'axe des conduits amont et aval 16, 17. Dans la position de fermeture, le disque 13 est sensiblement perpendiculaire à l'axe des conduits 16, 17. Dans une position d'ouverture maximale, le disque 13 est sensiblement parallèle à l'axe des conduits 16, 17. Dans une autre variante, les moyens d'obstruction 12 sont du type � soupape �. Dans cette variante, la soupape présente un axe perpendiculaire avec une section d'obstruction délimitée par un siège. Dans l'une ou l'autre des variantes, la pression des gaz d'échappement subit des variations importantes lors du passage à travers la section d'obstruction 15. Cela a comme effet que les suies contenues dans les gaz d'échappement transitant à travers le circuit de recirculation 5 se déposent de manière privilégiée au voisinage de la section d'obstruction, du volet à papillons, ou du siège et de la soupape. D'une manière générale, les suies se déposent prioritairement au voisinage des moyens d'obstruction 12. Cela a comme effet de gêner le fonctionnement des moyens d'obstruction 12, et en particulier, d'en dégrader l'étanchéité. Cela aussi a comme effet de modifier la section d'obstruction 15 et donc le débit de gaz susceptible de traverser la vanne EGR pour une position donnée desdits moyens d'obstruction 12. Un injecteur 18 est disposé à l'intérieur de la vanne EGR 11 et est relié à un réservoir d'eau 19 via une pompe d'alimentation 20. L'injecteur 18 pulvérise de l'eau liquide sous forme de gouttelettes à l'intérieur de gaz d'échappement dont la température est supérieure à 200°C. Cela provoque immédiatement une vaporisation de l'eau en consommant les calories nécessaires à la vaporisation et proportionnelles à la chaleur latente de l'eau. Cette consommation de calories est brutale et provoque un refroidissement soudain des gaz autour du jet pulvérisé. Ce refroidissement se propage au-delà de l'espace recevant les gouttelettes d'eau. Le choc thermique se propage et peut ainsi atteindre des zones des moyens d'obstruction dans lesquelles les suies se sont déposées alors que ces zones ne seraient pas atteignables par le jet de liquide. Le gradient thermique provoqué par la vaporisation soudaine d'eau à température ambiante dans des gaz supérieur à 200°C diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne du point d'injection. La distance entre le point d'injection et la section d'obstruction est inférieure à deux fois le diamètre équivalent de ladite section d'obstruction 15. On peut également définir cette distance par le gradient minimal de refroidissement que provoque la pulvérisation d'eau à température ambiante dans des gaz d'échappement supérieure à 200°C. Ce gradient minimal peut être de 50°C/seconde et de préférence supérieur à 100°C/seconde. Le choc thermique provoque le décollement des suies qui se sont déposées par le flux de gaz d'échappement dans la vanne EGR 11. L'injecteur 18 peut être disposé en amont des moyens d'obstruction 12. Le phénomène de choc thermique et sa propagation ont lieu que les moyens d'obstruction 12 soient ouverts ou fermés. L'injecteur 18 peut également être disposé à l'intérieur de la vanne EGR du côté aval des moyens d'obstruction 12, à une distance telle que le choc thermique puisse se propager jusqu'aux moyens d'obstruction 12. Une unité de commande 21 peut être reliée à un capteur sensible à la position du vilebrequin du moteur. L'unité de commande 21 peut également être reliée à un moyen de détermination d'une consigne de flux de recirculation de gaz d'échappement commandant directement la vanne EGR 11. L'unité de commande 21 peut déterminer des phases de décrassage souhaitables de la vanne EGR 11. Durant ces phases de décrassage, l'unité de commande 21 commande l'injecteur 18 ou la pompe 20 de manière à générer une succession d'injections individuelles d'une durée prévue, par exemple inférieure à 1 seconde. Ainsi, durant les phases de décrassage, une succession de chocs thermiques atteignent les moyens d'obstruction 12 et décollent les suies qui s'y sont déposées. De manière optionnelle, le circuit d'admission 3 comprend un filtre à air 22. Le circuit d'échappement 4 peut comprendre, en aval de la turbine 8, un catalyseur d'oxydation 23 et/ou un filtre à particules 24. REVENDICATIONS1. Procédé de décrassage d'une vanne (11) montée dans un circuit de recirculation (5) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne prélevés en amont d'un turbocompresseur (2), la vanne (11) étant équipée d'un moyen d'obstruction (12) actionnable, le décrassage se faisant par injection d'un liquide dans le circuit de recirculation (5), caractérisé par le fait que le liquide injecté est un liquide aqueux et que l'injection se fait dans la vanne (11) au voisinage des moyens d'obstruction (12) de la vanne (11). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'injection se fait par une succession d'injections individuelles d'une durée inférieure à une seconde. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les injections individuelles sont réparties temporellement de manière régulière. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détermine des phases de décrassage de la vanne en fonction de paramètres du régime de rotation du moteur et/ou de la consigne d'accélération demandée, et/ou de l'état d'ouverture de la vanne (11). 5. Moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur (2) et d'un circuit de recirculation (5) des gaz d'échappement prélevés en amont du turbocompresseur (2), le circuit de recirculation (5) étant muni d'une vanne (11), caractérisé par le fait que la vanne (11) comprend un moyen d'injection (18) situé à l'intérieur de la vanne (11), le moyen d'injection étant conçu pour injecter de l'eau. 6. Moteur selon la revendication 5, dans laquelle la vanne (11) comprend des moyens d'obstruction (12), le moyen d'injection (18) étant situé en amont des moyens d'obstruction (12). 7. Moteur selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle la vanne (11) comprend des moyens d'obstruction (12) présentant une section d'obstruction (15), le moyen d'injection (18) étant situé à une distance des moyens d'obstruction (12) inférieure à deux fois le diamètre équivalent de la section d'obstruction (15). 8. Moteur selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle le moyen d'injection (18) est situé à une distance des moyens d'obstruction (12) telle qu'une quantité d'eau pulvérisée à température ambiante dans des gaz d'échappement à une température supérieure à 200°C traversant ladite vanne (11), soit apte à la dite distance à refroidir les gaz avec un gradient supérieur à 50°C/s et de préférence supérieur à l00°C/s. 9. Moteur selon l'une des revendications 5 à 8, dans laquelle le moyen d'injection (18) est un capillaire, débouchant dans la vanne (11), équipé d'un clapet antiretour et relié à un réservoir d'eau (19) via une pompe d'alimentation (20). 10. Moteur selon l'une des revendications 5 à 9, dans laquelle le moyen d'injection est un injecteur commandable.