Brevet FR2941014A1 — publié le 20100716

DISPOSITIF ET PROCEDE DE RECIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT, ENSEMBLE MOTEUR MUNI D'UN TEL DISPOSITIF [0001] La présente invention concerne un dispositif et un procédé de recirculation de gaz d'échappement. Elle concerne également un ensemble moteur muni d'un tel dispositif. [0002] L'invention s'applique en particulier aux moteurs à combustion interne essence ou Diesel dotés d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement dans lequel une partie des gaz d'échappement est dérivée d'une ligne d'échappement du moteur et est ramenée dans un collecteur d'admission du moteur. Cette partie des gaz d'échappement est dite recyclée. [0003] Dans certains moteurs munis de turbocompresseurs, les gaz recyclés sont dérivés de la ligne d'échappement en amont de la turbine du turbocompresseur et reconduits dans le collecteur d'admission en aval du compresseur du turbocompresseur après un éventuel refroidissement. Le circuit de recirculation des gaz d'échappement est alors qualifié de circuit à haute pression et haute température. [0004] Dans d'autres moteurs munis de turbocompresseurs, les gaz recyclés sont dérivés de la ligne d'échappement en aval de la turbine du turbocompresseur, et même en aval d'un filtre à particules ou d'un ensemble de dépollution disposé en sortie de la turbine, et reconduits dans le collecteur d'admission en amont du compresseur du turbocompresseur. Le circuit de recirculation des gaz d'échappement est alors qualifié de circuit à basse pression et basse température. [0005] Cette recirculation haute pression ou basse pression des gaz d'échappement a pour objectif de diminuer la quantité d'oxydes d'azote (NOx) rejetée dans l'atmosphère par le moteur. En effet, ces oxydes d'azote sont produits par la combinaison de l'azote et de l'oxygène présents dans l'air d'admission sous l'effet d'une très haute température. Le système de recirculation diminue, lors de certaines phases de fonctionnement, la quantité d'oxygène disponible dans le cylindre en introduisant dans la tubulure d'admission une certaine quantité de gaz d'échappement pauvre en oxygène remplaçant ainsi l'air frais comburant. De cette façon, ce système permet de réduire très fortement les émissions de NOx. La recirculation des gaz d'échappement a également pour objectif de diminuer la quantité de gaz carbonique (CO2) rejetée dans l'atmosphère par une optimisation de la consommation de carburant. [0006] Cela permet de répondre notamment aux contraintes de réglementations européennes existantes et à venir concernant la limitation des émissions polluantes. [0007] Les moteurs à recirculation de gaz d'échappement sont en outre généralement munis de refroidisseurs d'air disposés dans le circuit de recirculation ou dans la ligne d'admission. [0008] Mais lors de démarrages à température ambiante, il est parfois nécessaire d'obtenir des gaz d'échappement recyclés moins froids qu'en utilisation courante. Ainsi, la recirculation des gaz d'échappement n'est généralement pas utilisée au cours des démarrages à froid du moteur. En effet, cela aurait pour conséquence de créer des instabilités du moteur et donc d'engendrer un désagrément de conduite, ou bien de provoquer des ratés à l'allumage. [0009] Pour remédier au moins partiellement à cet inconvénient, le document publié sous le numéro FR 2 836 700 prévoit un circuit de contournement d'un refroidisseur d'air suralimenté, ou bien la disposition de résistances chauffantes dans la ligne d'admission du moteur pour réchauffer l'air entrant par le filtre à air. [0010] Mais le circuit de contournement du refroidisseur d'air suralimenté ne suffit pas dans toutes les situations de démarrage à froid et la disposition de résistances chauffantes dans la ligne d'admission du moteur pour réchauffer l'air frais entrant non plus. [0011] Pour mieux profiter des avantages en termes de dépollution que procure un circuit de recirculation de gaz d'échappement, il peut être souhaité de prévoir un dispositif qui permette de s'affranchir des problèmes et contraintes précités. [0012] L'invention a donc pour objet un dispositif de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, comportant un circuit de recirculation dans lequel une partie des gaz d'échappement est dérivée d'une ligne d'échappement du moteur et est ramenée dans un collecteur d'admission du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un système de chauffage de ladite partie des gaz d'échappement dérivée. [0013] Ainsi, par un chauffage des gaz d'échappement renvoyés vers le collecteur d'admission, et non plus seulement par un chauffage de l'air frais entrant ou par un contournement d'un système de refroidissement, l'élévation de la température des gaz recyclés est rendue possible et la recirculation des gaz d'échappement peut être utilisée dans de nombreuses situations de démarrages à froid du moteur. [0014] De façon optionnelle, le système de chauffage est disposé en amont d'un élément de mélange de ladite partie des gaz d'échappement dérivée avec de l'air entrant dans une ligne d'admission du moteur. [0015] De façon optionnelle également, le système de chauffage est disposé dans le circuit de recirculation. [0016] L'invention a également pour objet un ensemble moteur à combustion interne comportant un moteur, une ligne d'échappement du moteur, un collecteur d'admission du moteur et un dispositif de recirculation de gaz d'échappement tel que défini précédemment. [0017] De façon optionnelle, le moteur est un moteur à allumage commandé, couramment appelé moteur essence. [0018] De façon optionnelle également, l'ensemble moteur comprend en outre un refroidisseur d'air disposé en amont du collecteur d'admission et un circuit de contournement de ce refroidisseur d'air. [0o19] L'invention a également pour objet un procédé de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, comportant une étape de dérivation, à l'aide d'un circuit de recirculation, d'une partie des gaz d'échappement à partir d'une ligne d'échappement du moteur vers un collecteur d'admission du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de chauffage de ladite partie des gaz d'échappement dérivée. [0020] De façon optionnelle, l'étape de chauffage est réalisée avant que ladite partie des gaz d'échappement dérivée ne soit mélangée avec de l'air entrant par une ligne d'admission du moteur. [0021] De façon optionnelle également, l'étape de chauffage est réalisée lorsque ladite partie des gaz d'échappement dérivée s'écoule dans le circuit de recirculation. [0022] De façon optionnelle également, l'étape de chauffage de ladite partie des gaz d'échappement dérivée est réalisée lors d'un démarrage à froid du moteur. [0023] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : • la figure 1 représente schématiquement un ensemble moteur à recirculation de gaz d'échappement selon un premier mode de réalisation de l'invention, et • la figure 2 représente schématiquement un ensemble moteur à recirculation de gaz d'échappement selon un second mode de réalisation de l'invention. [0024] L'ensemble moteur à combustion interne représenté sur la figure 1 comporte un moteur à combustion interne 10 à quatre cylindres 121, 122, 123, 124. Ce moteur est par exemple un moteur essence, mais l'invention s'applique également à un moteur Diesel. Ce moteur comprend en outre un collecteur d'admission d'air sous pression 14 et un collecteur d'échappement 16 fournissant des gaz d'échappement à une ligne 18 d'échappement du moteur. [0025] Le collecteur d'admission 14 est alimenté en gaz de combustion par une ligne 20 d'alimentation en air frais venant de l'extérieur, généralement appelée ligne d'admission. [0026] L'ensemble moteur de la figure 1 comporte en outre un circuit 22 de recirculation dans lequel une partie des gaz d'échappement est dérivée de la ligne d'échappement 18 du moteur 10 et est ramenée dans le collecteur d'admission 14. Il peut en outre comporter un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur non illustré dans cette représentation schématique et le circuit de recirculation 22 peut être à haute température et haute pression ou basse température et basse pression selon les endroits où il se raccorde aux lignes d'échappement 18 et d'admission 20. [0027] Dans la ligne d'admission 20, les gaz recyclés par le circuit de recirculation 22 sont mélangés à l'air frais entrant à l'aide d'un élément de mélange 24 qui peut être tout simplement le lieu de raccordement du circuit de recirculation 22 à la ligne d'admission 20. [0028] De façon classique, le débit des gaz s'écoulant dans ce circuit de recirculation 22, et donc la composition du mélange air frais / gaz recyclé, est en outre régulé par une vanne 26 disposée dans le circuit de recirculation 22 en amont de l'élément de mélange 24. [0029] Conformément à l'invention, l'ensemble moteur comporte un système 28 de chauffage de la partie des gaz d'échappement qui est déviée par le circuit de recirculation 22 vers le collecteur d'admission 14, c'est-à-dire un système de chauffage des gaz recyclés. Ce système de chauffage 28 peut par exemple comporter une ou plusieurs résistances chauffantes. [0030] Pour chauffer plus efficacement les gaz recyclés, ce système de chauffage 28 peut être disposé en amont de l'élément de mélange 24, de manière à ne pas chauffer en plus l'air frais entrant : celui-ci peut d'ailleurs aussi être chauffé indépendamment des gaz recyclés, en amont de l'élément de mélange 24 dans la ligne d'admission 20, comme suggéré par le document FR 2 836 700. Sur la figure 1, le système de chauffage est plus précisément disposé dans le circuit de recirculation 22 en amont de la vanne de régulation de débit 26. [0031] Un procédé de recirculation des gaz d'échappement mis en oeuvre par l'ensemble moteur décrit précédemment comporte donc les étapes suivantes : • dérivation El, à l'aide du circuit de recirculation 22, d'une partie des gaz d'échappement à partir de la ligne d'échappement 18 du moteur 10 vers le collecteur d'admission 14, et • chauffage E2 de ladite partie des gaz d'échappement dérivée. [0032] Ce procédé peut, comme indiqué plus haut, être réalisé lors d'un démarrage à froid du moteur 10. [0033] En outre, l'étape E2 de chauffage peut être réalisée avant que les gaz recyclés ne soient mélangés avec l'air frais entrant au niveau de l'élément de mélange 24, et même plus précisément, comme c'est le cas sur la figure 1, lorsque ces gaz recyclés circulent dans le circuit de recirculation 22. [0034] Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la ligne d'admission 20 peut comporter, en aval de l'élément de mélange 24, un refroidisseur d'air suralimenté 30. En outre, une vanne de contournement 32 est disposée entre l'élément de mélange 24 et le refroidisseur d'air suralimenté 30 pour diriger l'air en sortie de l'élément de mélange 24 vers un circuit 34 de contournement du refroidisseur d'air suralimenté 30. Ainsi, lorsque les gaz recyclés sont réchauffés à l'aide du système de chauffage 28, la vanne de contournement peut être actionnée pour diriger le gaz de combustion vers le circuit de contournement 34. [0035] De même que dans le mode de réalisation précédent, l'ensemble moteur représenté sur la figure 2 peut en outre comporter un dispositif de suralimentation comprenant un turbocompresseur non illustré dans cette représentation schématique. [0036] Il apparaît clairement que le dispositif de recirculation décrit précédemment permet d'utiliser les gaz recyclés pour la combustion interne du moteur 10, y compris dans des situations de démarrage à froid. Cela permet une optimisation de la consommation en carburant et donc une optimisation de l'émission de CO2. Cela permet en outre une diminution des émissions polluantes de NOx. Enfin, cela permet d'éviter les instabilités du moteur 10 lors des phases de démarrage à froid tout en utilisant avantageusement le dispositif de recirculation. [0037] On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. REVENDICATIONS1. Dispositif de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne (10), comportant un circuit de recirculation (22) dans lequel une partie des gaz d'échappement est dérivée d'une ligne (18) d'échappement du moteur (10) et est ramenée dans un collecteur d'admission (14) du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un système (28) de chauffage de ladite partie des gaz d'échappement dérivée. 2. Dispositif de recirculation selon la revendication 1, dans lequel le système de chauffage (28) est disposé en amont d'un élément (24) de mélange de ladite partie des gaz d'échappement dérivée avec de l'air entrant dans une ligne d'admission (20) du moteur (10). 3. Dispositif de recirculation selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le système de chauffage (28) est disposé dans le circuit de recirculation (22). 4. Ensemble moteur à combustion interne comportant un moteur (10), une ligne d'échappement (18) du moteur (10), un collecteur d'admission (14) du moteur (10) et un dispositif de recirculation de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Ensemble moteur selon la revendication 4, dans lequel le moteur (10) est un moteur à essence. 6. Ensemble moteur selon la revendication 4 ou la revendication 5, comprenant en outre un refroidisseur d'air (30) disposé en amont du collecteur d'admission (14) et un circuit (34) de contournement de ce refroidisseur d'air (30). 7. Procédé de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne (10), comportant une étape (El) de dérivation, à l'aide d'un circuit de recirculation (22), d'une partie des gaz d'échappement à partir d'une ligne d'échappement (18) du moteur (10) vers un collecteur d'admission (14) du moteur(10), caractérisé en ce qu'il comporte une étape (E2) de chauffage de ladite partie des gaz d'échappement dérivée. 8. Procédé de recirculation selon la revendication 7, dans lequel l'étape de chauffage (E2) est réalisée avant que ladite partie des gaz d'échappement dérivée ne soit mélangée avec de l'air entrant par une ligne d'admission (20) du moteur (10). 9. Procédé de recirculation selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel l'étape de chauffage (E2) est réalisée lorsque ladite partie des gaz d'échappement dérivée s'écoule dans le circuit de recirculation (22). 10. Procédé de recirculation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel l'étape de chauffage (E2) de ladite partie des gaz d'échappement dérivée est réalisée lors d'un démarrage à froid du moteur (10).