Brevet FR2935026A1 — publié le 20100219

B08/0364FR û ODE/SKI Société par actions simplifiée dite : RENAULT Système de re-circulation de gaz d'échappement et procédé de contrôle correspondant Invention de : TOUCHET Claude POINTARD Christophe Système de recirculation de gaz d'échappement et procédé de contrôle correspondant L'invention concerne, de manière générale, le traitement des effluents gazeux d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile et, en particulier la recirculation des gaz d'échappement. Plus particulièrement, l'invention se rapporte au contrôle de la quantité de gaz d'échappement recirculés. Le principe de recirculation de gaz brûlés réside dans l'introduction d'une quantité de gaz d'échappement en remplacement d'une partie de l'air frais à l'admission des moteurs. La stratégie de recirculation est régie par des critères de fonctionnement propres du moteur, tels que le régime de rotation du moteur, la température du moteur, le débit d'admission d'air et la charge en carburant du moteur. Les systèmes de recirculation de gaz d'échappement/ou EGR et, en particulier les systèmes basse pression utilisent un circuit de recirculation des gaz qui prélève sur la ligne d'échappement une partie des gaz brûlés après la turbine pour les réintroduire sur la ligne d'admission en amont du compresseur. Les systèmes EGR basse pression conventionnels comportent une vanne de commande de recirculation appelée vanne EGR disposée sur ce circuit de recirculation ainsi qu'un régulateur de débit d'air constitué par un volet monté sur la ligne d'échappement en aval du point de raccordement avec le circuit de recirculation. La vanne EGR est contrôlée par une unité de commande électronique de telle sorte qu'elle obture le circuit de re-circulation et laisse passer un débit variable des gaz recyclés vers la ligne d'admission d'air, ce qui permet d'obtenir un taux EGR déterminé en fonction du débit d'air réglé par le régulateur de débit d'air d'admission. Le débit des gaz recyclés est fonction du degré d'ouverture de la vanne, des pertes de charges dans le circuit EGR et de la différence de pression entre le point de prélèvement sur la ligne d'échappement et le point de raccordement sur la ligne d'admission réglé par la position du volet du régulateur. Le degré d'ouverture de la vanne EGR dépend des paramètres déterminant la quantité de gaz recyclés à réinjecter, ces paramètres étant élaborés par l'unité de commande électronique en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Les pertes de charges dans le circuit EGR sont liées notamment à la vitesse de l'écoulement, la longueur, la section, le matériau, et la forme du circuit de re-circulation. Autrement dit, l'écoulement des gaz recyclés dépend de la perméabilité du circuit EGR. Plus le circuit EGR est perméable et moins l'écoulement subit de pertes de charges. La différence de pression entre le point de prélèvement et le point de raccord permettant l'écoulement des gaz recyclés dépend des conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, lors d'une augmentation de la charge moteur, la différence de pression entre le prélèvement EGR à l'échappement et le retour admission est suffisamment élevée pour permettre la recirculation des gaz EGR, tandis qu'au ralenti la différence de pression est faible et ne permet pas un écoulement satisfaisant. Comme indiqué précédemment, pour contrôler cette différence de pression permettant un écoulement satisfaisant dans les circuits EGR basse pression, la ligne d'échappement est dotée d'un volet d'échappement en aval des systèmes de post-traitement afin de régler la pression au point de prélèvement. On pourra à cet égard se référer à la demande de brevet français FR 2836700. Les circuits EGR à basse pression présentent donc deux moyens de régulation du débit des gaz recyclés dans le circuit de re-circulation, en l'occurrence le volet d'échappement et la vanne EGR. Dans un premier temps, la vanne EGR est réglée pour permettre le débit souhaité des gaz recyclés en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Dans un second temps, si l'ouverture de la vanne EGR n'est pas suffisante, le volet d'échappement est réglé pour augmenter le débit de re-circulation des gaz dans le circuit EGR en fonction de son degré de fermeture. En effet, la fermeture du volet d'échappement crée une surpression sur la ligne d'échappement au niveau du point de prélèvement à l'entrée du circuit EGR. Or, ces deux moyens de régulation ne sont pas nécessaires pour la plupart des circuits EGR. En effet, le plus souvent, les circuits EGR ont une perméabilité relativement faible. Autrement dit, l'écoulement subit des pertes de charges importantes dans le circuit de re-circulation, ce qui a pour conséquence que la vanne EGR s'ouvre le plus possible pour laisser passer le plus grand débit. La vanne EGR ne prend alors qu'une seule position d'ouverture et n'est pas utilisée comme moyen de régulation. Le fonctionnement d'ouverture progressive ou proportionnelle de la vanne EGR pour moduler le débit de passage de gaz recyclés souhaité est donc peu utilisé et ne présente pas d'intérêt, et l'organe de régulation du débit des gaz recyclés est le plus souvent en réalité le volet d'échappement. Un but de l'invention est donc de s'affranchir de l'utilisation de la vanne de commande de recirculation dans la conduite de recirculation EGR basse-pression, cette vanne étant susceptible d'être hors service et moins intéressante sur le plan économique. La présente invention a donc pour objet un système de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, pourvu d'une ligne d'échappement dotée de moyens de post-traitement des gaz d'échappement, comprenant une conduite de recirculation s'étendant entre la sortie des moyens de traitement et la ligne d'admission du moteur, des moyens de réglage de la quantité de gaz d'échappement recirculés et des moyens de commande de la recirculation des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation, les moyens de commande étant constitués par un volet d'obturation de type tout ou rien disposé sur ladite conduite. En outre, selon une autre caractéristique du système selon l'invention, les moyens de réglage comprennent un volet d'échappement disposé sur la ligne d'échappement. En outre, le système de recirculation peut comporter un refroidisseur disposé sur le circuit de recirculation. Selon encore une autre caractéristique de ce système, la conduite de recirculation est dimensionnée de manière à obtenir un débit maximum de gaz recirculés à l'état ouvert du volet d'obturation et à l'état fermé du volet d'échappement et comprend un refroidisseur. L'invention propose également un procédé de contrôle de la recirculation de gaz d'échappement dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement, dans lequel on met en oeuvre des moyens de réglage de la recirculation des gaz d'échappement et des moyens de commande de la recirculation des gaz d'échappement, et dans lequel lors de la commande de la recirculation des gaz d'échappement, on agit sur un volet de type tout ou rien disposé sur une conduite de recirculation. De plus, dans un mode de mise en oeuvre de ce procédé, lors du réglage de la recirculation, on agit sur un volet d'échappement disposé sur la ligne d'échappement. 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 les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente un bloc moteur doté d'un système de recirculation selon l'état de la technique ; - les figures 2a et 2b représentent sur un cycle de fonctionnement le degré d'ouverture de la vanne EGR du moteur et le degré d'ouverture du volet d'échappement correspondant ; - la figure 3 représente un système de recirculation selon l'invention. La figure 1 représente de façon schématique un bloc moteur 1 et un système de recirculation 2 des gaz d'échappement du type EGR basse-pression selon l'état de la technique. Comme on le voit le moteur, ici de type diesel, est relié d'une part à une ligne d'admission 3 d'air frais destiné à alimenter le moteur en air frais, et d'autre part à une ligne d'échappement 4 destiné à évacuer les gaz d'échappement produits par le moteur. Le moteur comporte sur l'exemple illustré quatre cylindres 5 disposés en lignes. La ligne d'admission 3 comprend un compresseur 6 destiné à augmenter la pression de l'air frais admis. La ligne d'échappement 4 comprend une turbine 7 entraînée par les gaz d'échappement en sortie du moteur, et des systèmes de post- traitement 8 des gaz d'échappement situés sur une ligne d'échappement 4. Le circuit de re-circulation 2 des gaz d'échappement prélève sur la ligne d'échappement 4 en un point de prélèvement 9 une partie des gaz brûlés après la turbine 7 en aval des systèmes de post- traitement 8, pour les réintroduire en un point de raccordement 10 sur la ligne d'admission 3 en amont du compresseur 6. Le circuit de re-circulation 2 comprend une vanne 11 de commande de recirculation appelée vanne EGR, et un refroidisseur 13. La vanne EGR 11 est apte à prélever une partie des gaz d'échappement en sortie du moteur afin de régler le débit des gaz d'échappement recyclés en entrée du compresseur 6. La vanne EGR 11 est commandée par une unité de commande électronique. Un volet d'échappement 12 situé sur la ligne d'échappement 4 en aval du point de prélèvement 9 contribue également à la régulation du taux d'EGR. Les figures 2a et 2b représentent, sur un cycle de fonctionnement du moteur, respectivement le degré d'ouverture de la vanne EGR 11, et le degré d'ouverture du volet d'échappement 12 correspondant. I1 est constaté que lorsque le volet d'échappement 12 est utilisé, la vanne EGR 11, dès son ouverture, est positionnée par l'unité de commande électronique en mode de saturation pour laisser passer le plus de gaz recyclés possible afin obtenir le taux d'EGR souhaité. Le mode de saturation de la vanne EGR 11 correspond à la position d'ouverture de la vanne pour laquelle toute ouverture supplémentaire de cette dernière n'augmente pas le débit de gaz recyclés dans le circuit de re-circulation. Par exemple, ce mode de saturation peut correspondre à une ouverture de 50 à 60% de la vanne EGR 11, comme illustré figure 2a. Dans ce mode de saturation, comme la vanne EGR 11 ne peut s'ouvrir davantage pour laisser passer un débit plus grand, elle ne joue plus le rôle de régulation du taux d'EGR qui lui était imparti dans le fonctionnement du circuit EGR 2 lors de sa mise en place. Elle reste en effet dans une position fixe d'ouverture de saturation alors que le taux de gaz recirculés doit pouvoir varier et s'adapter aux conditions variables des régimes de fonctionnement du moteur. Ainsi, c'est le volet d'échappement 12 qui, selon son degré d'ouverture et de fermeture dans la ligne d'échappement 4, joue le rôle de régulation du débit des gaz recyclés, comme illustré sur la figure 2b. En effet, si la différence de pression entre le point de prélèvement 9 et le point de raccordement 10 est trop faible pour obtenir le débit de recirculation souhaité, on utilise le volet d'échappement 12 pour fermer en partie la ligne d'échappement 4 afin d'augmenter la pression au point de prélèvement 9, et inversement. La figure 2b illustre les variations de position du volet d'échappement 12 pour permettre le taux d'EGR souhaité par le fonctionnement du moteur lors de l'utilisation d'une vanne EGR 11. Le volet présente un degré d'ouverture situé sensiblement entre 10% et 100% de son ouverture totale. Son mode de fonctionnement est le suivant. Sur la période allant de 0 à 200 secondes, son degré d'ouverture est compris entre 10% et 100%. Sur la période allant de 200 à 800 secondes, son degré d'ouverture est compris entre 10 et 60%. Enfin sur la période allant de 800 à 1100 secondes, son degré d'ouverture est compris entre 40et 90%. La figure 3 représente un système de recirculation de gaz d'échappement selon l'invention permettant de pallier les inconvénients liés à l'architecture de la figure 1. I1 correspond au système de recirculation de la figure 1 pour lequel la vanne EGR 11 a été remplacée par un volet d'obturation 14. En effet, comme la vanne EGR 11 ne fonctionne qu'en position de saturation ou en position de fermeture, elle est remplacée dans le système de recirculation 2 par un volet d'obturation de type tout ou rien 14. En d'autres termes, ce volet d'obturation 14 ne dispose que de deux positions extrêmes à savoir une position d'ouverture complète et une position de fermeture complète. Ainsi le volet d'obturation 14 est le moyen de commande de la recirculation des gaz d'échappement et le volet d'échappement 12 est le seul moyen de réglage de la quantité de gaz d'échappement recirculés dans la conduite de recirculation 2. L'ouverture du volet d'échappement 12 est piloté par un moyen de commande non représenté permettant d'obtenir une précision et un temps de réponse convenables vis-à-vis du taux d'EGR recirculés. Le degré d'ouverture/de fermeture du volet d'échappement 12 est le paramètre à contrôler pour la régulation du taux d'EGR recirculés. Plus le volet d'échappement 12 est ouvert, moins le débit d'EGR recirculés est important. La conduite de recirculation 2 est dimensionnée de manière à obtenir le débit de gaz d'EGR maximum, à l'état ouvert du volet d'obturation 14 et à l'état fermé du volet d'échappement 12 ou à un degré de fermeture donné. Lors d'une coupure de la recirculation des gaz dans le circuit EGR basse-pression 2, on ferme le volet d'obturation 14 et on ouvre le volet d'échappement 12. Le contrôle du volet d'obturation 14 comparé à celui de la vanne EGR 11 est plus simple car l'opérateur décide uniquement de l'ouverture totale ou de la fermeture totale du volet d'obturation 14. Ainsi, l'invention permet de supprimer la vanne EGR 11 sur la conduite de recirculation 2 sans incidence sur la régulation du taux d'EGR réalisé uniquement par le volet d'échappement 12. Autrement dit, elle permet de dissocier la commande de l'ouverture et de la fermeture du circuit EGR 2 réalisée par le volet d'obturation 14, de la régulation du taux d'EGR recirculés réalisée par le volet d'échappement 12. Elle est particulièrement adaptée aux circuits peu perméables. REVENDICATIONS1. Système de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, pourvu d'une ligne d'échappement (4) dotée de moyens de post-traitement des gaz d'échappement, comprenant une conduite de recirculation (2) s'étendant entre la sortie des moyens de traitement (8) et la ligne d'admission (3) du moteur, des moyens de réglage de la quantité de gaz d'échappement recirculés et des moyens de commande de la recirculation des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation, caractérisé en ce que les moyens de commande sont constitués par un volet d'obturation de type tout ou rien (14) disposé sur ladite conduite (2). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de réglage comprennent un volet d'échappement (12) disposé sur la ligne d'échappement (4). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la conduite de recirculation est dimensionnée de manière à obtenir un débit maximum de gaz recirculés à l'état ouvert du volet d'obturation (14) et à l'état fermé ou à un degré de fermeture donné du volet d'échappement (12). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un refroidisseur (13) disposé sur le circuit EGR (2). 5. Procédé de contrôle de la recirculation de gaz d'échappement dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement, dans lequel on met en oeuvre des moyens de réglage de la recirculation des gaz d'échappement et des moyens de commande de la recirculation des gaz d'échappement, caractérisé en ce que lors de la commande de la recirculation des gaz d'échappement, on agit sur un volet de type tout ou rien disposé sur une conduite de recirculation. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lors du réglage de la recirculation, on agit sur un volet d'échappement (12) disposé sur la ligne d'échappement (4).