Brevet FR2933146A1 — publié le 20100101

Dispositif et circuit pour recyclage des gaz d'échappement [000i ~ La présente invention concerne un dispositif et un circuit pour le recyclage des gaz d'échappement émis par un moteur thermique. [0002] Afin de diminuer la pollution due au gaz d'échappement, les moteurs Diesel sont fréquemment équipés d'un système de recirculation des gaz d'échappement, habituellement appelé système EGR (pour Exhaust Gas Recirculation). Ce système consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement vers le collecteur d'admission, et permet également de diminuer la consommation en carburant des moteurs. La figure 1 représente schématiquement un mode réalisation d'un système EGR. Le moteur 10 est représenté avec quatre cylindres 12, un collecteur d'échappement 14, une ligne d'échappement des gaz comprenant des éléments de dépollution 16 tels qu'un catalyseur et un filtre à particule. La flèche 18 indique la sortie des gaz par le pot d'échappement. Le moteur comporte également un circuit d'admission d'air comprenant un compresseur 20 (de préférence un turbo compresseur) aspirant l'air à l'extérieur (flèche 22). L'air comprimé est ensuite acheminé par la canalisation 24 à un circuit de refroidissement air/eau 26, suivi d'un doseur d'air 27. L'air refroidi est ensuite admis dans un collecteur d'admission d'air 28, puis injecté dans les cylindres 12. Un circuit d'alimentation en eau du circuit de refroidissement 26 comporte un échangeur basse température 30 et une pompe à eau 32. [0003] Le système EGR se compose de deux boucles, l'une haute pression HP et l'autre basse pression BP. [0004] La boucle HP comporte une première vanne EGR 34 (vanne EGR HP) reliant par une canalisation 36 ladite vanne EGR au collecteur d'échappement 28. Cette vanne EGR, qui comporte deux orifices et une voie de circulation, est généralement du type vanne soupape ou vanne papillon. Une partie des gaz d'échappement est ainsi prélevée au niveau du collecteur d'échappement 14 pour transiter vers le collecteur d'admission 28 par l'intermédiaire de la vanne EGR 34. Les gaz sont réintroduits dans le plénum du collecteur d'admission, juste après le doseur d'air 27 afin d'en assurer une répartition optimum au niveau de chacun des cylindres. 2 [0005] La boucle BP se compose d'un échangeur air/eau 38 (pour diminuer la température des gaz) situé à la sortie d'un volet de contre-pression 40 des gaz d'échappement (tel qu'un clapet de non-retour), et d'une deuxième vanne EGR 42 (vanne EGR BP) connectée par une canalisation 44 à l'entrée 46 du compresseur 20. Une partie des gaz d'échappement est ainsi recyclée en étant prélevée à la sortie des éléments de dépollution 16 et injectée à l'entrée du compresseur 20 après avoir été refroidie. La fermeture progressive du volet de contre pression 40 conduit une partie des gaz d'échappement à se diriger vers l'échangeur 38. Les gaz sont prélevés après les éléments de dépollution 16. Les gaz transitent ensuite au travers de la deuxième vanne EGR 42 pour être redirigés à l'entrée 46 du compresseur 20. Cette deuxième vanne EGR BP est également une vanne comportant deux orifices et une voie de circulation. [0006] L'ouverture et la fermeture des vannes EGR sont commandées par le calculateur de bord, à l'aide d'une commande qui peut être par exemple pneumatique ou électrique. Les débits de gaz sont ajustés par un asservissement d'ouverture de vanne en fonction du taux d'EGR souhaité par le contrôleur du moteur. En général, le circuit HP est utilisé au démarrage du véhicule, jusqu'à un régime moteur d'environ 2000 tours/minute, ce qui permet de réchauffer le catalyseur et le filtre à particules des éléments de dépollution. La vanne EGR HP est ensuite fermée, la vanne EGR BP ouverte et les gaz sont alors recyclés par la boucle BP. [0007] L'utilisation de deux boucles, HP et BP, pose des problèmes d'implantation dans le compartiment moteur, étant donnés les volumes occupés par les différents composants des deux boucles, par leurs interfaces et par leurs supports. [0008] La présente invention propose un dispositif et un système moins volumineux 25 que ceux de l'art antérieur. [0009] De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif EGR pour le recyclage des gaz d'échappement émis par un moteur thermique. Selon l'invention, le dispositif comporte :un corps creux percé d'un orifice d'entrée HP, d'un orifice de sortie HP, d'un orifice d'entrée BP et d'un orifice de sortie BP, un corps interne pouvant prendre au 30 moins une position HP et une position BP et ayant un passage traversant permettant, 3 pour ladite position HP du corps interne, de mettre en communication l'orifice d'entrée HP, et l'orifice de sortie HP et, pour ladite position BP du corps interne, de mettre en communication l'orifice d'entrée BP et l'orifice de sortie BP. [0010 ] Selon un mode de réalisation, le corps interne coulisse de façon étanche dans 5 le corps creux. Le corps interne peut être de forme cylindrique et le corps creux peut comporter une paroi interne cylindrique dans laquelle le corps interne peut tourner. [0011 ] Dans une variante, le passage traversant est rectiligne. [0012 ] De façon avantageuse, des moyens assurent une étanchéité entre les orifices BP et les orifices HP de sorte que de l'air ne peut pas passer d'un orifice BP à un 10 orifice HP et, inversement, d'un orifice HP à un orifice BP. [0013 ] L'invention concerne également un circuit de recyclage des gaz d'échappement du type comportant une boucle HP et une boucle BP, ledit circuit de recyclage comportant un dispositif EGR tel que défini précédemment. [0014 ] Selon un mode de réalisation, le moteur thermique est muni d'un collecteur et 15 d'une ligne d'échappement, d'un plénum d'admission d'air et de gaz recyclés, d'un compresseur d'air et, placé dans la boucle BP, un dispositif de refroidissement des gaz recyclés. Le dispositif EGR de recyclage des gaz est, dans la boucle HP, placé entre le collecteur d'échappement et le plénum d'admission et, dans la boucle BP, entre le dispositif de refroidissement des gaz recyclés et l'entrée du compresseur. 20 [0015 ] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • la figure 1 représente le schéma d'un circuit EGR selon l'art antérieur, • la figure 2 représente, schématiquement et en coupe, un dispositif pour le 25 recyclage des gaz d'échappement selon l'invention, • les figures 3 et 4 représentent le schéma d'un circuit EGR selon l'invention, utilisant le dispositif de la figure 2 ; 4 • les figures 5 à 9 représentent un mode de réalisation de l'invention ; • la figure 10 représente un autre mode de réalisation de l'invention ; et • les figures 11 et 12 représentent des moyens permettant de déplacer le corps interne par rapport au corps creux. [0016 ] L'invention se base sur le fait que les deux modes de recyclage, EGR HP et EGR BP, ne fonctionnent pas simultanément. Selon l'invention, les deux vannes EGR HP et BP, qui comporte chacune deux orifices et une voie, sont regroupées en un seul dispositif 50 comprenant quatre orifices et deux voies. Un mode de réalisation de ce dispositif 50 est schématisé sur la figure 2. Il comporte un corps creux 52 percé d'un orifice d'entrée HP 54, d'un orifice de sortie HP 56, d'un orifice d'entrée BP 58 et d'un orifice de sortie BP 60. Le dispositif 50 comporte également un corps interne 62 percé d'un passage traversant 64, qui permet de mettre en communication l'orifice d'entrée HP 54 avec l'orifice de sortie HP 56 ou l'orifice d'entrée BP 58 avec l'orifice de sortie BP 60. [0017 ] Selon un mode de réalisation, le corps interne 62 peut pivoter à l'intérieur du corps creux 52. Le corps interne 62 est alors avantageusement un cylindre percé du passage traversant 64, qui peut être rectiligne mais pas nécessairement. Le corps creux 52 peut être de forme cylindrique d'axe longitudinal confondu avec l'axe longitudinal du corps interne 62. L'axe (fictif) reliant l'orifice d'entrée HP 54 à l'orifice de sortie HP 56 peut être, mais non nécessairement, perpendiculaire à l'axe (fictif) reliant l'orifice d'entrée BP 58 à l'orifice de sortie BP 60. [0018 ] Le corps interne 62 peut se mouvoir en rotation à l'intérieur du corps creux 52 permettant, pour une position HP du corps interne, de mettre en communication l'orifice d'entrée HP 54 en communication avec l'orifice de sortie HP 56, l'entrée BP 58 et la sortie BP 60 n'étant pas en communication, et pour une position BP (perpendiculaire à la position HP sur la figure 2 et donc pour une rotation de 90° du corps interne 62 par rapport au corps creux 52), permettant de mettre, comme illustré sur la figure 2, l'orifice d'entrée BP 58 en communication avec l'orifice de sortie BP 60, l'entrée HP 54 et la sortie HP 56 n'étant pas alors en communication. [0019 ] On remarquera que pour passer d'une position à l'autre, le corps interne ou le corps creux peut subir un mouvement de rotation alors que l'autre corps reste immobile, ou que les deux corps peuvent tourner l'un par rapport à l'autre. Des moyens non représentés assurent une étanchéité entre les orifices BP et les orifices 5 HP de sorte que de l'air ne peut pas passer d'un orifice BP 58 ou 60 à un orifice HP 54 ou 56 et, inversement, d'un orifice HP (54 ou 56) à un orifice BP (58 ou 60). [0020 ] Selon un autre mode de réalisation non représenté, la mise en communication des orifices HP ou BP peut se faire, non plus par un mouvement de rotation relatif du corps creux ou du corps interne, mais par un mouvement de translation selon un axe longitudinal de sorte que le corps interne peut prendre au moins une position HP et une position BP. Ce serait le cas par exemple si les corps creux et interne étaient de forme parallélépipédique rectangle ou carré, la surface externe du corps interne épousant ou étant de forme complémentaire de la surface interne du corps creux, les orifices d'entrée ou de sortie HP et BP étant alors alignés selon un axe parallèle à l'axe de déplacement des deux corps interne et creux l'un par rapport à l'autre. [0021 ] Sur les figures 3 et 4 qui représentent schématiquement un mode de réalisation d'un circuit EGR de recyclage des gaz d'échappement selon l'invention, fonctionnant respectivement en mode EGR basse pression BP (figure 3) et en mode EGR haute pression HP (figure 4), le moteur thermique 70 comporte une culasse 72 avec un collecteur d'échappement 74, un plénum d'admission d'air 76, un compresseur 78 (un turbo compresseur par exemple) avec une entrée d'air 80, et une ligne d'échappement 82 des gaz avec des éléments de dépollution 84 (par exemple, un catalyseur et un filtre à particules). [0022 ] Le circuit EGR comporte également un dispositif EGR 86 tel que schématiquement illustré à la figure 2. Le dispositif EGR 86 comporte un corps creux 88 et un corps interne 90. Le corps creux 88 est muni d'un orifice d'entrée HP 92, d'un orifice de sortie 94, d'un orifice d'entrée BP 96 et d'un orifice de sortie BP 98. Un échangeur eau/gaz 100 est intercalé entre la ligne d'échappement 82 et l'entrée BP 96 du dispositif EGR 86. Un volet de contre pression 102, placé dans la ligne d'échappement 82, après les éléments de dépollution 84, permet de régler le débit des gaz recyclés. La position du passage traversant 106 par rapport aux orifices d'entrée 6 92 ou 96 permet également de régler le débit des gaz recyclés. La référence 104 représente le capot technique. Le corps creux 90 est comme précédemment, muni d'un passage traversant 106. La façade avant du véhicule est symbolisée par le rectangle 108 [0023] Lorsque la recirculation des gaz est en mode EGR BP (figure 3), une partie des gaz est recyclée en étant prélevée dans la ligne d'échappement 82. La quantité recyclée dépend du degré de fermeture du volet de contre pression 102, ainsi que de la position relative du passage traversant 102 par rapport aux orifices d'entrée 96 et de sortie 98. Les gaz recyclés sont tout d'abord refroidis dans l'échangeur 100, puis pénètrent dans le dispositif EGR 86 par l'entrée BP 96. [0024] Des moyens (non représentés) permettent de déplacer le corps interne 90 par rapport au corps creux 88, par exemple en rotation, de façon à faire communiquer l'entrée BP 96 avec la sortie BP 98 à l'aide du passage 106. Il n'y alors aucune communication de gaz entre les orifices BP d'entrée 96 et de sortie 98 avec les orifices HP d'entrée 92 et de sortie 94. Les gaz recyclés sont alors dirigés vers l'entrée 80 du compresseur 78 où ils sont mélangés avec de l'air frais aspiré à l'extérieur du véhicule avant d'être injectés dans les cylindres. Le sens de circulation des gaz est indiqué par des flèches sur la figure 3. On a ainsi une boucle de circulation BP qui comporte l'échangeur thermique 100, le dispositif EGR 86, le compresseur 78, les éléments de dépollution 84 et la ligne d'échappement 82. [0025] Selon une autre configuration, l'échangeur thermique pourra se situer après le dispositif EGR 86. [0026] Pour passer en mode de fonctionnement de recyclage HP (figure 4), le dispositif EGR 86 est positionné en mode HP en faisant tourner de 90° le corps interne 90 de façon à faire communiquer l'entrée HP 92 avec la sortie HP 94 et à fermer la communication entre l'entrée BP 96 et la sortie BP 98. Les gaz recyclés parcourent alors une boucle de recyclage HP (matérialisée par les flèches de circulation des gaz recyclés sur la figure 4) comportant le collecteur d'échappement 74, le dispositif EGR 86 et le plénum d'admission 76. 7 [0027] La présente invention permet donc de remplacer deux vannes EGR, l'une HP et l'autre BP, comportant chacune deux orifices et une voie de circulation des gaz, par un seul dispositif EGR comportant quatre orifices et deux voies. L'invention permet notamment une meilleure intégration des éléments de recyclage des gaz dans l'espace moteur du véhicule. [0028] Les figures 5 à 9 représentent un mode de réalisation d'un dispositif EGR conforme à la présente invention. Le dispositif comporte un corps creux 110 de forme sensiblement cylindrique, représenté sur la figure 7, muni de deux orifices d'entrée 112 et 114 et de deux orifices de sortie 116 et 118. Chacun des orifices d'entrée 116 ou 118 est situé diamétralement à l'opposé de l'un des orifices de sortie, respectivement 112 et 114. Chaque orifice est muni d'une bride de fixation 120, 122, 124 et 126. Le corps creux 110 possède une paroi interne 128 de forme cylindrique. Un corps interne 130, représenté également sur la figure 6, possède une paroi externe 132 de forme cylindrique. [0029] Le corps interne 132 est destiné, comme montré sur la figure 5, à être positionné à l'intérieur du corps creux 110, la paroi interne 128 du corps creux 110 venant en contact avec la paroi cylindrique 132 du corps interne 130, ce dernier pouvant tourner à l'intérieur du corps creux 110. Le corps interne 132 est muni d'un passage traversant 134, permettant pour une première position déterminée de mettre en communication l'orifice d'entrée 112 avec l'orifice de sortie 116 qui lui est diamétralement opposé, ou pour une deuxième position, perpendiculaire à la première position, de mettre en communication l'orifice d'entrée 114 avec l'orifice de sortie 118. On passe d'une position à l'autre en faisant tourner le corps interne 130 de 90° par rapport au corps creux 110. [0030] La figure 8 représente une coupe du dispositif de la figure 5 selon un plan passant par l'axe longitudinal du passage traversant, le corps interne 130 étant positionné de sorte que le passage traversant 134 met en communication l'orifice d'entrée 112 avec l'orifice de sortie 116 qui lui est diamétralement opposé. On remarque que pour ce mode de réalisation le passage traversant 134 a une forme cylindrique. 8 [0031] La figure 9 représente, comme pour la figure 8 une coupe du dispositif de la figure 5, mais perpendiculairement au passage traversant 134 et pour la même position de ce passage (c'est-à-dire mettant en communication l'orifice d'entrée 112 avec l'orifice de sortie 116 qui lui est diamétralement opposé). On remarque que les orifices d'entrée 114 et de sortie 118 sont masqués par le corps interne 130. Des moyens (non représentés) assurent une étanchéité au gaz entre les orifices d'entrée et de sortie, le passage de gaz entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie ne pouvant se faire que par l'intermédiaire du passage traversant 134. [0032] La figure 10 représente schématiquement un autre mode de réalisation qui diffère du mode précédent par le fait que l'axe 140 joignant l'orifice d'entrée 112 avec l'orifice de sortie 116 et l'axe 142 joignant l'orifice d'entrée 114 avec l'orifice de sortie 118 ne sont plus perpendiculaires, mais sont décalés d'un angle a inférieur à 90°. On peut donc passer plus rapidement que dans le mode de réalisation précédent, d'une position du corps interne pour laquelle les orifices 114 et 118 sont en communication à une autre position pour laquelle les orifices 112 et 116 sont en communication. [0033 ] Le dispositif EGR des figures 5 à 9 ou celui de la figure 10 est destiné à être inséré dans un circuit de recyclage des gaz comprenant une boucle de recyclage haute pression HP et basse pression BP. Le passage de la boucle HP à la boucle BP, et inversement de la boucle BP à la boucle HP, est effectué simplement en faisant tourner le corps interne de 90° par rapport au corps creux dans le mode de réalisation des figures 5 à 9 ou d'un angle a dans le mode de réalisation de la figure 10. Selon la connexion du dispositif EGR dans le circuit de recyclage des gaz, deux des orifices 112, 114, 116 et 118 seront des orifices d'entrée et les deux autres seront des orifices de sortie. De même, l'un des orifices d'entrée sera dans la boucle HP et pourra donc être désigné par orifice d'entrée HP, l'autre orifice d'entrée étant alors dans la boucle BP et pouvant être désigné par orifice d'entrée BP. [0034] Il en est de même des orifices de sortie : celui qui est destiné à être mis en communication, à l'aide du passage traversant, avec l'orifice d'entrée HP sera désigné par orifice de sortie HP et sera bien entendu dans la boucle HP, alors que celui qui est destiné à être mis en communication, à l'aide du passage traversant, avec l'orifice d'entrée BP sera désigné par orifice de sortie BP et sera dans la boucle BP. Le corps 9 interne peut donc prendre deux positions (en négligeant les positions intermédiaires pour lesquelles le passage traversant ne met pas en communication un orifice d'entrée avec un orifice de sortie) : une position dite position HP lorsque l'orifice d'entrée HP est en communication avec l'orifice de sortie HP et une position dite position BP lorsque l'orifice d'entrée BP est en communication avec l'orifice de sortie BP. [0035] Les figures 11 et 12 illustrent des moyens pour faire tourner le corps interne 130 par rapport au corps creux 110 du mode de réalisation représenté sur les figures 5 à 9 (ces moyens conviendraient également pour le mode de réalisation de la figure 10). Le déplacement en rotation du corps interne 130 peut être commandé par le calculateur de bord du véhicule, le calculateur actionnant un moteur électrique 146 (figure 11) muni d'un pignon de sortie 148 (figure 12) dont les dents 150 peuvent être engrenées avec des dents (non représentées) solidaires du corps interne130, par exemple disposées autour et sur la paroi interne 144 (figures 6 et 11) du corps interne 130. [0036] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et/ou représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, le passage traversant 134 pourrait ne pas être rectiligne. Les brides de fixation 120, 122, 124 et 126 pourraient être remplacées par des tubes et la fixation aux tubes effectuée par des colliers. REVENDICATIONS1. Dispositif EGR pour recyclage des gaz d'échappement émis par un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte : - un corps creux (52, 110) percé d'un orifice d'entrée HP (54, 112), d'un orifice de sortie HP (56, 116), d'un orifice d'entrée BP (58, 114) et d'un orifice de sortie BP (60,118), - un corps interne (62, 130) pouvant prendre au moins une position HP et une position BP et ayant un passage traversant (64,134) permettant, pour ladite position HP du corps interne, de mettre en communication l'orifice d'entrée HP (54, 112), et l'orifice de sortie HP (56, 116) et, pour ladite position BP du corps interne, de mettre en communication l'orifice d'entrée BP (58, 114) et l'orifice de sortie BP (60,118) . 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps interne (62, 130) coulisse de façon étanche dans le corps creux (52, 110). 3. Dispositif selon l'une de revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps interne (62, 130) est de forme cylindrique et le corps creux (52,110) comporte une paroi interne cylindrique (128) dans laquelle le corps interne peut tourner. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage traversant (64,134) est rectiligne 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens assurant une étanchéité entre les orifices BP et les orifices HP de sorte que de l'air ne peut pas passer d'un orifice BP (58 ou 60) à un orifice HP (54 ou 56) et, inversement, d'un orifice HP (54ou 56) à un orifice BP (58 ou 60). 6. Moteur à combustion interne muni d'un circuit de recyclage des gaz d'échappement du type comportant une boucle HP et une boucle BP, les gaz >> étant émis par un moteur (70), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif EGR (50) tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Moteur selon la revendication 6, muni d'un collecteur (74) et d'une ligne d'échappement (82), d'un plénum d'admission d'air (76) et de gaz recyclés, d'un compresseur d'air (78) et, placé dans la boucle BP, un dispositif de refroidissement (100) des gaz recyclés, le circuit étant caractérisé en ce que le dispositif EGR (50) de recyclage des gaz est, dans la boucle HP (figure 4), placé entre le collecteur d'échappement et le plénum d'admission et, dans la boucle BP (figure 3), entre le dispositif de refroidissement des gaz recyclés et l'entrée du compresseur.15