Brevet FR2959778A1 — publié le 20111111

ENSEMBLE COMPORTANT UN COMPRESSEUR DE SURALIMENTATION ET SES CONDUITS D'ALIMENTATION EN AIR ET EN GAZ D'ECHAPPEMENT RECYCLES, ET MOTEUR DOTE D'UN TEL ENSEMBLE [0001] L'invention porte sur le domaine du recyclage des gaz d'échappement à l'admission d'un moteur à combustion, et plus particulièrement des moteurs suralimentés présentant un circuit de recirculation des gaz d'échappement à basse pression. [0002] La réintroduction d'une partie des gaz d'échappement à l'admission d'un moteur à combustion (fonction « EGR » correspondant à l'expression anglophone « Exhaust Gas Recirculation »), et notamment d'un moteur du type Diesel, permet de limiter de manière important des émissions d'oxydes d'azotes (NOx) du moteur. [0003] Dans le cadre d'un moteur suralimenté par au moins un turbocompresseur, le recyclage (ou recirculation) à basse pression consiste à prélever des gaz en aval de la turbine du turbocompresseur et généralement également en aval d'un moyen de dépollution tel qu'un filtre à particules, et à les réintroduire en amont du compresseur du turbocompresseur (coté admission). Les notions d'amont et d'aval s'entendent, dans l'ensemble du présent document, selon le sens d'écoulement des fluides dans les circuits considérés (air, ou mélange air/gaz d'échappement dans les conduits d'admission du moteur ou gaz d'échappement dans le circuit de recyclage des gaz d'échappement). [0004] Les gaz d'échappement réintroduits pouvant être très chauds, le mélange entre l'air frais d'admission et les gaz d'échappement introduits en amont du compresseur doit être suffisamment homogène avant d'atteindre le compresseur, afin d'éviter les échauffements locaux ou phénomènes de « points chauds » sur la roue du compresseur. [0005] A défaut de pouvoir éloigner suffisamment le point d'introduction des gaz d'échappement de l'entrée du compresseur, diverses solutions sont proposées dans l'état de la technique pour assurer un mélange suffisant. On connait par exemple des dispositifs de diffuseur radial, qui consistent essentiellement en une pièce annulaire présentant un conduit interne et un conduit externe séparés par une cloison, et des orifices de communication sur l'ensemble du pourtour de cette cloison. Les orifices permettent une introduction radiale sur tout le pourtour du conduit d'admission du moteur. Un tel dispositif est notamment connu du brevet US7568340. [0006] Un tel diffuseur est cependant relativement coûteux à mettre en oeuvre s'agissant généralement d'une pièce de fonderie dont il faut en outre assurer l'étanchéité vis-à-vis du conduit d'admission du moteur, en amont et en aval du diffuseur, et vis-à-vis du circuit de recyclage des gaz d'échappement. [0007] La demande de brevet FR2927364 présente une solution d'introduction des gaz d'échappement moins onéreuse, et générant un flux dans le mélange potentiellement capable de faciliter le mélange entre les gaz d'échappement recyclés et l'air d'admission. Cette solution consiste à introduire les gaz d'échappement « en spirale » dans le conduit, en ménageant la partie terminale du conduit de recyclage des gaz d'échappement en forme de spirale débouchant tangentiellement par rapport au conduit d'admission d'air du moteur. [0008] Cette solution présente cependant plusieurs inconvénients. Avant tout, elle vise à éviter le pompage du turbocompresseur, mais ne garantit pas nécessairement un mélange homogène des gaz. Elle nécessite une place (c'est-à-dire longueur d'implantation sur le conduit d'admission d'air) relativement importante pour former le conduit de recyclage des gaz d'échappement en spirale autour du conduit d'admission. De plus, un tel conduit en spirale est relativement complexe à former et à mettre en place. Enfin, il est peut aisé d'assurer l'étanchéité de l'intersection complexe formée entre les conduits. [0009] Dans l'invention, on résout ces problèmes par l'adoption d'un ensemble comportant le compresseur d'un turbocompresseur et des moyens optimisés d'alimentation en air et en gaz d'échappement recyclés du compresseur. [0010] Plus précisément, l'invention porte sur un ensemble comportant un compresseur de suralimentation pour moteur à combustion, un premier conduit d'admission d'air, un deuxième conduit d'introduction de gaz d'échappement, le premier conduit et le deuxième conduit se regroupant dans une zone d'embouchure en un troisième conduit relié à l'entrée du compresseur, caractérisé par une saillie dans le prolongement du deuxième conduit dans la zone d'embouchure, saillie apte à dévier une part d'un flux de gaz d'échappement circulant dans le deuxième conduit, de sorte à générer un écoulement turbulent dans la zone d'embouchure. Les turbulences ainsi générées, ainsi que l'interférence du flux de gaz d'échappement dévié avec un flux d'air s'écoulant dans le premier conduit favorise le mélange des gaz issus des deux conduits. Les gaz d'échappement recyclés, potentiellement chauds, sont ainsi mélangés à l'air d'admission frais de manière suffisamment homogène pour éviter tout phénomène de « point chaud » lorsque les gaz atteignent le compresseur. [0011] De préférence, le premier conduit et le deuxième conduit débouchent sensiblement tangentiellement l'un par rapport à l'autre. Cette configuration est la plus propice à la mise en oeuvre de l'invention. [0012] De préférence, la saillie à l'embouchure du deuxième conduit ne déborde pas dans le prolongement du premier conduit dans la zone d'embouchure, de sorte qu'un flux gazeux sensiblement laminaire circulant dans le premier conduit n'est pas perturbé dans la zone d'embouchure en l'absence de flux gazeux dans le deuxième conduit. Ainsi, dans les phases de fonctionnement du moteur dans lesquelles le recyclage des gaz d'échappement est inactif, le flux d'air d'admission n'est pas perturbé, et ne subit pas de perte de charge avant de pénétrer dans le compresseur. [0013] De préférence, le troisième conduit mesure au plus 30 centimètres, mesurés le long d'un axe central dudit troisième conduit. En effet, l'invention permet un mélange efficace des gaz d'échappement recyclés avec l'air d'admission, de sorte qu'une longueur de conduit importante est inutile pour aboutir à une homogénéité du mélange des gaz suffisante. [0014] De préférence, la saillie à l'embouchure du deuxième conduit est constituée par un renfoncement local de la paroi du deuxième conduit et/ou de la zone d'embouchure. Une déformation de la paroi formant un renfoncement dans les conduits de l'ensemble selon l'invention est une solution simple d'obtention de la saillie permettant de dévier une part des gaz d'échappement recyclés sortant du deuxième conduit. [0015] De préférence, les premier, deuxième et troisième conduits forment un raccord d'entrée dans le compresseur pour un circuit d'admission d'air et un circuit de recyclage des gaz d'échappement. On obtient ainsi une pièce unique, simple à monter et qui élimine tout problème d'étanchéité à l'interface des différents conduits. Le raccord ainsi formé peut être équipé de brides, ou de tout autre moyen de liaison adéquat, afin de relier : • Le premier conduit à un conduit d'admission d'air d'un moteur à combustion ; • Le second conduit à une ligne de recyclage des gaz d'échappement ; • Le troisième conduit à l'entrée du compresseur de l'ensemble conforme à l'invention. [0016] Selon un mode de réalisation de l'invention, le raccord est obtenu par fonderie. On obtient ainsi aisément un raccord présentant une géométrie adaptée à la mise en oeuvre de l'invention. [0017] Selon un autre mode de réalisation, le raccord est une pièce de tôlerie. On obtient ainsi un raccord léger mais néanmoins résistant à des hautes températures. [0018] Selon un troisième mode de réalisation, le raccord est constitué en matière plastique haute température. Malgré une résistance thermique moindre, ce mode de réalisation est compatible d'un certain nombre d'application, notamment celles dans lesquelles la température des gaz circulant dans le raccord n'excède jamais 150°C, et permet l'obtention d'un raccord à faible coût. [0019] De préférence, la section à l'entrée du deuxième conduit dans la zone d'embouchure représente entre 40% et 70% de la section à du premier conduit à l'entrée dans la zone d'embouchure. En particulier, du fait de la pression supérieure dans le conduit de recyclage des gaz d'échappement par rapport au conduit d'admission d'air, on ne dépasse pas pour la section du deuxième conduit la valeur de 70% de la section du premier conduit. [0020] L'invention porte également sur un moteur à combustion suralimenté caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble selon l'invention, dans lequel le deuxième conduit est associé à un circuit de recyclage des gaz d'échappement à basse pression. [0021] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0022] La figure 1 présente schématiquement un ensemble selon l'invention, dans son mode de réalisation préférentiel. [0023] La figure 2 présente schématiquement une vue en coupe de l'invention, selon le plan de coupe A-A présenté en figure 1. [0024] La figure 3a représente schématiquement les flux gazeux dans un ensemble selon l'invention, lorsque le recyclage des gaz d'échappement est activé. [0025] La figure 3b représente schématiquement les flux gazeux dans un ensemble selon l'invention, lorsque le recyclage des gaz d'échappement n'est pas activé, et que le seul flux est donc celui de l'air d'admission. [0026] Sur la figure 1, on voit schématiquement représenté un compresseur 1 d'un turbocompresseur destiné à la suralimentation d'un moteur à combustion. Un premier conduit 2 est destiné à être relié à la ligne d'admission d'air du moteur, ligne comportant typiquement un filtre à air et des moyens de captation de l'air extérieur. [0027] Un deuxième conduit 3 est destiné à être relié à un circuit de recyclage (ou « recirculation ») d'une part des gaz d'échappement du moteur à combustion. Une part des gaz d'échappement est ainsi prélevée à l'échappement, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur (notamment dans les situations de charge partielle), pour être réintroduits à l'admission de celui-ci. [0028] Dans le cadre de l'invention, le prélèvement des gaz d'échappement est effectué préférentiellement en aval de la turbine d'un turbocompresseur, et leur réintroduction est réalisée en amont du compresseur 1. On est donc préférentiellement dans le cadre d'un moteur présentant un circuit de recyclage des gaz d'échappement dit à basse pression. [0029] Dans l'invention, le deuxième conduit 3 est relié au premier conduit 2 dans une zone d'embouchure ZE, de sorte à former un troisième conduit 4 relié à l'entrée du compresseur 1. [0030] Dans l'invention, une saillie 5 apte à dévier au niveau de la zone d'embouchure ZE tout ou partie d'un flux gazeux s'écoulant dans le deuxième conduit. [0031] La saillie 5 peut prendre diverses formes et constitution. Elle peut être constituée, selon le mode de réalisation de l'invention considéré, d'un élément rapporté ou d'une déformation locale de la paroi du deuxième conduit 3 et/ou de la zone d'embouchure ZE des conduits, et peut être positionnée dans le deuxième conduit 3, dans la zone d'embouchure ZE, ou à cheval entre le deuxième conduit 3 et la zone d'embouchure ZE. [0032] La figure 2 présente schématiquement l'embouchure des premier et deuxième conduits vue en coupe selon le plan de coupe A-A représenté en figure 1, dans le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Selon ce mode de réalisation, la saillie 5 est constituée d'une déformation locale de la paroi dans la zone d'embouchure ZE formant un renfoncement au voisinage du deuxième conduit 3. [0033] La saillie 5 est préférentiellement conformée pour ne pas déborder dans le prolongement du premier conduit 2 dans la zone d'embouchure ZE. Autrement dit, un flux d'air laminaire F1 s'écoulant dans le premier conduit 2 ne sera pas perturbé lors de son passage dans la zone d'embouchure puis dans le troisième conduit, en l'absence de flux dans le deuxième conduit, tel que représenté en figure 3b. Il n'y a pas de flux dans le deuxième conduit 3 lorsque le recyclage des gaz d'échappement (EGR) est dit inactif. En pratique, dans ces phases, la ligne de recyclage des gaz d'échappement est fermée par des moyens d'obturation appropriés. [0034] Par sa forme, la saillie 5 est apte à dévier tout ou partie d'un flux de gaz d'échappement recyclé F2 de sorte à générer des turbulences de ce flux de gaz d'échappement F2 dans la zone d'embouchure ZE, les turbulences étant en outre renforcées par l'interférence du flux dévié des gaz d'échappement avec le flux d'air laminaire F1 circulant dans le premier conduit 2 et pénétrant dans la zone d'embouchure. Ce phénomène est représenté schématiquement sur la figure 3a. La saillie 5 a donc un rôle de « turbulateur », pour reprendre la terminologie souvent employée en aérodynamique. Un flux de gaz d'échappement circule dans le deuxième conduit 3 lorsque le recyclage des gaz d'échappement (EGR) est dit actif. En pratique, des moyens d'obturation de la ligne de recyclage des gaz d'échappement sont ouverts et permettent la circulation du flux de gaz d'échappement dans cette ligne, et finalement dans le deuxième conduit 3. [0035] Du fait de la différence de pression existant entre le conduit d'admission d'air et le circuit de recyclage à l'admission des gaz d'échappement, le deuxième conduit 3 présente préférentiellement à son entrée dans la zone d'embouchure une section de 50% à 70% de la section du premier conduit 2 à ce même niveau. [0036] L'invention permet ainsi l'obtention d'un mélange homogène entre les gaz d'échappement recyclés et l'air d'admission, dans le troisième conduit 4 qui sert avec la zone d'embouchure ZE de zone de mélange, avant que ce mélange n'atteigne l'entrée du compresseur 1. On limite ainsi le phénomène de « point chaud » sur une aube du compresseur 1, phénomène liée à l'arrivée de gaz d'échappement chauds non refroidis par mélange avec l'air d'admission. [0037] Préférentiellement, et tel que dans le mode de réalisation de l'invention schématiquement représenté sur les figures 1 à 3b, les premier, deuxième et troisième conduits constituent une pièce unique, formant ainsi un raccord d'entrée du turbocompresseur ayant la fonction de diffuseur pour les gaz d'échappement recyclés. Ainsi l'invention est-elle aisément adaptable à des architectures de moteur préexistantes, et un ensemble selon l'invention peut être aisément constitué. Revendications: 1. Ensemble comportant un compresseur (1) de suralimentation pour moteur à combustion, un premier conduit (2) d'admission d'air, un deuxième conduit (3) d'introduction de gaz d'échappement, le premier conduit (2) et le deuxième conduit (3) se regroupant dans une zone d'embouchure (ZE) en un troisième conduit (4) relié à l'entrée du compresseur (1), caractérisé par une saillie (5) dans le prolongement du deuxième conduit (3) dans la zone d'embouchure (ZE), saillie apte à dévier une part d'un flux de gaz d'échappement (F2) circulant dans le deuxième conduit (3), de sorte à générer un écoulement turbulent dans la zone d'embouchure (ZE). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier conduit (2) et le deuxième conduit (3) débouchent sensiblement tangentiellement l'un par rapport à l'autre. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la saillie (5) ne déborde pas dans le prolongement du premier conduit (2) dans la zone d'embouchure (ZE), de sorte qu'un flux gazeux sensiblement laminaire (F1) circulant dans le premier conduit (2) n'est pas perturbé dans la zone d'embouchure (ZE) en l'absence de flux gazeux dans le deuxième conduit (3). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième conduit (4) mesure au plus 30 centimètres, mesurés le long d'un axe central dudit troisième conduit (4). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la saillie (5) est constituée par un renfoncement local de la paroi du deuxième conduit (3) etlou de la zone d'embouchure (ZE). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier, deuxième et troisième conduits (2, 3, 4) forment un raccord d'entrée dans le compresseur (1) pour un circuit d'admission d'air et un circuit de recyclage des gaz d'échappement. 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le raccord est obtenu par fonderie. 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le raccord est une pièce de tôlerie. 9. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le raccord est constitué en matière plastique haute température. 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section à l'entrée dans la zone d'embouchure (ZE) du deuxième conduit (3) représente entre 40% et 70% de la section à l'entrée du premier conduit (2) dans la zone d'embouchure (ZE). 11. Moteur à combustion suralimenté caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième conduit (3) est associé à un circuit de recyclage des gaz d'échappement à basse pression.