Brevet FR2927373A1 — publié le 20090814

- 1 - DISPOSITIF D'ADMISSION A DOUBLE BOUCLE DE RECIRCULATION La présente invention concerne l'admission des moteurs à combustion interne, présentant un double système de recirculation des gaz d'échappement, respectivement haute et basse pression. Plus précisément, elle a pour objet un dispositif d'admission pour moteur turbocompressé à double boucle de recirculation des gaz d'échappement, comprenant un répartiteur d'admission, une première boucle de recirculation basse pression prélevant des gaz d'échappement en aval d'un système de dépollution, et une deuxième boucle de recirculation haute pression prélevant des gaz d'échappement en amont de la turbine du turbocompresseur. La présente invention a également pour objet un procédé de commande d'un tel dispositif d'admission. Cette invention trouve une application privilégiée, mais non limitative, sur un moteur Diesel, quels que soient le nombre de cylindres et le nombre de soupapes par cylindres de celui-ci. Quel que soit le mode d'allumage du moteur, elle nécessite cependant la présence de deux boucles EGR, l'une du type � boucle froide � à basse pression, et l'autre du type � boucle chaude � à haute pression. Pour réduire les émissions d'oxyde d'azote, on réalise généralement une boucle de recirculation de gaz d'échappement à l'admission, à partir d'un piquage de gaz d'échappement en aval d'un organe de dépollution, tel - 2 - qu'un filtre à particules. On parle alors d'EGR (Exhaust Gas Recirculation) basse pression. Pour étendre les plages de fonctionnement d'un moteur, en particulier d'un moteur Diesel en mélange pauvre, ces gaz doivent éventuellement être refroidis, et être injectés en proportion importante dans l'air d'admission, en amont du compresseur. Cependant, il peut être nécessaire de maintenir aussi une boucle de recirculation haute pression, à partir d'un piquage en amont de la turbine, afin de garantir un niveau thermique suffisant, pour la stabilité de la combustion à faible charge. Avec une telle double boucle EGR, Les transitions entre les deux modes de recirculation basse et haute pression, peuvent s'effectuer en fonction du mode de fonctionnement du véhicule. Lors du passage de l'EGR haute pression à l'EGR basse pression, les matériaux constitutifs du plenum d'admission et les conduits d'air montent en température, et réchauffent les gaz refroidis du mode basse pression. Les émissions d'oxyde d'azote augmentent sensiblement, car le temps de refroidissement des matières est trop long lors de la coupure de l'EGR haute pression. Pour remédier à ce problème, il a été envisagé de changer certains matériaux du circuit d'admission pour améliorer son isolation thermique, de contourner le refroidisseur de suralimentation (RAS) lors des transitions de l'EGR basse pression à l'EGR haute pression, ou, plus simplement, de raccourcir la longueur des conduits, dans la limite du possible. Toutefois, de telles mesures s'avèrent difficiles à mettre en oeuvre et insuffisantes. La présente invention vise à faciliter les transitions entre l'EGR basse pression et l'EGR haute pression, sans pénaliser l'ensemble du circuit d'admission. Dans ce but, elle propose que le répartiteur d'admission comporte deux plenums séparés, dédiés respectivement à l'EGR haute pression, et à l'EGR basse pression. De préférence, le dispositif d'admission comporte un boîtier de coupure à l'entrée du plenum dédié à l'EGR haute pression, et une vanne EGR haute pression, contrôlant l'arrivée de l'EGR haute pression dans le même plenum. Dans ce cas, le boîtier de coupure dédié et la vanne EGR haute pression peuvent être respectivement fermé et ouvert aux faibles charges, tandis que ces deux éléments peuvent être fermés aux fortes charges, et respectivement ouvert et fermé en absence d'EGR. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma simplifié de circuit d'admission à double boucle EGR, et -la figure 2 illustre un mode de réalisation non limitatif du dispositif proposé. - 4 - Sur la figure 1, on a représenté une partie du circuit d'admission et d'échappement, d'un moteur turbo-compressé 1, à quatre cylindres. A l'échappement, les gaz issus du collecteur 2, entraînent la turbine 3 du turbocompresseur 3, 9, avant de traverser un système de dépollution 4, comprenant par exemple un catalyseur d'oxydation précédant, ou associé à, un filtre à particules (FàP). En sortie du système de dépollution 4, les gaz sont évacués, pour une part à l'échappement, sous le contrôle d'un volet d'échappement 6, et pour une autre part dans une boucle de recirculation basse pression (EGR BP) 7, sous le contrôle d'une vanne EGR BP 17 et du volet d'échappement 6. Dans la boucle EGR BP, les gaz peuvent traverser un refroidisseur d'air de recirculation (RAS) 8, avant de rejoindre la conduite d'admission 10, en amont du compresseur 9. Une autre partie des gaz issus du collecteur d'échappement 2 est envoyée directement vers l'admission, constituant ainsi une boucle EGR haute pression 11 (EGR HP), débouchant dans le conduit d'admission 10 en arrière de la vanne de coupure 18, et placée sous le contrôle d'une vanne EGR haute pression 12. Enfin, le circuit d'admission présente de préférence un refroidisseur d'air de suralimentation 13, pouvant être contourné sous le contrôle de deux vannes de coupure 14a, 14b, placées respectivement en amont et en aval de celui-ci. Ainsi, les gaz frais admis dans le moteur peuvent être rejoints par les gaz EGR basse pression, en amont du - 5 -compresseur 9, ou par les gaz EGR haute pression, à l'entrée immédiate du répartiteur d'admission 16. On a bien une double boucle de recirculation des gaz d'échappement : une première boucle de recirculation basse pression 7 prélevant des gaz d'échappement en aval de l'organe de dépollution 4, sous le contrôle d'une vanne EGR BP pression 17 (et du volet d'échappement 6), et une deuxième boucle de recirculation haute pression 11, prélevant des gaz d'échappement en amont de la turbine 3 du turbocompresseur, sous le contrôle d'une vanne EGR HP 12. Le répartiteur d'admission 16 de la figure 2 comporte deux plenums séparés 16a, 16b, dédiés respectivement à l'EGR haute pression, et à l'EGR basse pression. Comme indiqué de façon non limitative sur le schéma, Chaque poste de combustion peut être relié par un conduit séparé 15a, 15b, à chaque plenum 16a, 16b. On y retrouve la vanne EGR HP 12, à l'arrivée de la boucle EGR HP dans le plenum 16a. Le dispositif comporte en plus un boîtier de coupure 19 à l'entrée du plenum 16a dédié à l'EGR basse pression. Le boîtier 19 contrôle l'arrivée de l'air frais, additionné ou non d'EGR basse pression, dans le plenum 16a. La régulation de l'EGR basse pression est assurée, comme indiqué sur la figure 1, par la vanne EGR basse pression 17 et le volet d'échappement 6. Les deux plenums sont 16a, 16b sont reliés au conduit d'admission 10, alimenté en air frais et en EGR basse pression, sous le contrôle de la vanne de coupure 18 de la figure 1 (non reproduite sur la figure 2). Toutefois, comme indiqué plus haut, seul le plenum 16a peut être alimenté en EGR haute pression, sous le contrôle de la vanne EGR HP 12. En fonctionnement avec EGR haute pression (de préférence aux faibles charges du moteur, à froid), la vanne 19 est fermée, l'air frais arrivant du boîtier de coupure 18 alimente le plenum 16b, et l'EGR alimente le plenum 16a. La régulation du taux d'EGR s'effectue sous le contrôle de la vanne EGR HP 12. En fonctionnement avec EGR basse pression (de préférence aux fortes charges), la vanne 12 est fermée. La régulation du taux d'EGR s'effectue sous le contrôle du volet à l'échappement 6, et de la vanne EGR BP 17. Le mélange air EGR basse pression, provenant de la sortie du RAS 8 (contourné ou non) est acheminé seulement dans le plenum 16b, le plenum 16a étant alors inutilisé. Enfin, en fonctionnement sans EGR (par exemple à pleine charge ou en dehors des zones de dépollution), les vannes 12, 6, 17, contrôlant l'EGR sont fermées. La vanne 19 est ouverte, permettant ainsi au débit d'air de bénéficier de la perméabilité des deux plenums 16a, 16b, et d'alimenter en air frais les deux soupapes d'admission de chaque poste. En résumé, le fonctionnement du dispositif est le 25 suivant . - le boîtier de coupure dédié et la vanne EGR haute pression, sont respectivement fermé et ouvert aux faibles charges, - 7 - - le boîtier de coupure dédié et la vanne EGR haute pression, sont tous les deux fermés aux fortes charges. - le boîtier de coupure dédié et la vanne EGR haute pression, sont respectivement ouvert et fermé en absence d'EGR. - la régulation du taux d'EGR aux faibles charges est assurée par le contrôle en position de la vanne EGR haute pression, et - la régulation du taux d'EGR aux fortes charges 10 est assuré par le contrôle en position d'une vanne EGR basse pression, et/ ou d'un volet d'échappement. à ces mesures, le plenum 16b peut garder une peu élevée, même en fonctionnement avec de pression, puisque ce plenum ne reçoit pas de Grâce température l'EGR haute 15 gaz chauds. Ainsi, lors des transitions de l'EGR haute pression beaucoup 1 'EGR basse pression, le moteur reçoit plus rapidement de l'air frais qu'avec les à conventionnels à plenum simple : le temps de température du dispositif d'admission au répartiteurs réponse en 20 passage de l'EGR HP à l'EGR BP, est donc raccourci. Toutefois, l'inertie thermique du plenum 16a, permet à celui-ci de garder une température de matière relativement élevée, favorable aux besoins du moteur en air chaud, dès qu'ils sont nécessaires. 25 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'admission pour moteur turbocompressé à double boucle de recirculation des gaz d'échappement comprenant un répartiteur d'admission (16), une première boucle de recirculation basse pression (7) prélevant des gaz dans la ligne d'échappement en aval d'un système de dépollution (4), et une deuxième boucle de recirculation haute pression (11) prélevant les gaz d'échappement en amont de la turbine (3) du turbocompresseur, caractérisé en ce que le répartiteur (16) comporte deux plenums séparés (16a, 16b), dédiés respectivement à l'EGR haute pression, et à l'EGR basse pression. 2. Dispositif d'admission selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plenums (16a, 16b) sont reliés à un conduit d'admission commun (10), alimenté en air frais et en EGR basse pression. 3. Dispositif d'admission selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce qu'un seul des deux plenums (16a) peut être alimenté en EGR haute pression. 4. Dispositif d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne EGR haute pression (12), à l'arrivée de l'EGR haute pression dans 25 le plenum (16a). 5. Dispositif d'admission selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier de coupure (19) de l'arrivée d'air frais et de EGR basse pression dans le plenum (16a) dédié à l'EGR haute pression. 6. Procédé de commande d'un dispositif d'admission conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier de coupure dédié (19) et la vanne EGR haute pression (12) sont respectivement fermé et ouvert aux faibles charges, 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier de coupure dédié (19), et la vanne EGR haute pression (12) sont fermés aux fortes charges. 8. Procédé de commande selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le boîtier de coupure dédié (19) et la vanne EGR haute pression (12) sont respectivement ouvert et fermé en absence d'EGR. 9. Procédé de commande selon la revendication 6 caractérisé en ce que la régulation du taux d'EGR aux faibles charges est assurée par le contrôle en position de la vanne EGR haute pression (12). 10. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que la régulation du taux d'EGR aux fortes charges est assurée par le contrôle en position d'une vanne EGR basse pression (17), et/ ou d'un volet d'échappement (6).