Brevet FR2957980A1 — publié le 20110930

CIRCUIT D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se situe dans le domaine des moteurs à combustion interne, et plus particulièrement des moteurs Diesel. L'application visée par l'invention concerne un circuit d'admission d'un tel type de moteur comportant notamment au moins un cylindre pourvu d'au moins deux entrées d'air ainsi qu'au moins une sortie d'air, ledit circuit comportant : un conduit d'amenée d'air extérieur en relation aéraulique avec au moins l'une des entrées d'air du cylindre, un conduit de dérivation des gaz de combustion expulsés du au moins un cylindre par la ou les sorties d'air, ledit conduit étant en relation aéraulique avec au moins l'une des entrées d'air du cylindre, un dispositif de refroidissement de la partie dérivée des gaz de combustion, au moins une vanne de régulation du débit gazeux admis dans le au moins un cylindre. Une évolution des moteurs à combustion interne a été d'introduire dans le circuit d'admission, une partie des gaz d'échappement. En 20 appauvrissant les gaz en oxygène, il est possible de diminuer la formation d'oxydes d'azote (NOX), tout en diminuant la température de combustion. Toutefois, une des conséquences néfastes est l'augmentation des particules et la présence dans le conduit d'admission de dérivés de combustion corrosifs. 25 Par ailleurs, la température des gaz d'échappement étant élevée, la partie des gaz d'échappement dérivée injectée dans le collecteur d'admission peut nécessiter l'utilisation d'un refroidisseur. Notamment, un refroidisseur dénommé RAS (refroidisseur d'air suralimenté) est souvent disposé an amont du collecteur d'admission, 30 lorsque la partie des gaz d'échappement dérivée est mélangée avec de l'air frais et passe au travers d'un compresseur. Le RAS permet alors de 15 diminuer la température de ce mélange d'admission afin d'en augmenter la masse volumique. Ainsi, le mélange gazeux introduit dans le refroidisseur comporte des résidus de combustion : eau et composés chimiques, dont des acides, sous forme gazeuse à haute température. Le refroidissement des gaz entraîne alors un phénomène de condensation de l'eau dans laquelle est piégée une partie des composés chimiques acides. De tels résidus peuvent ainsi restés stockés dans le refroidisseur, d'autant plus lorsque ce refroidisseur forme un point bas du circuit d'air d'admission, essentiellement pour des contraintes d'architecture et d'efficacité. Outre la perte d'efficacité du refroidisseur qu'entraîne ce stockage, ces condensats peuvent détériorer la structure interne du refroidisseur, ce qui génère des problèmes de fiabilité (corrosion, bouchage etc....). Il est donc nécessaire de purger régulièrement les condensats s'accumulant dans le refroidisseur. Le document US 2009/0205326 présente un tel dispositif, en permettant de réinjecter les condensats dans le collecteur d'admission, via une pompe spécifique, pouvant être complétée par un dispositif d'atomisation des condensats. Un tel dispositif génère des coûts supplémentaires tout en complexifiant le circuit d'admission. La présente invention vise à simplifier l'architecture des circuits d'admission d'air, tout en assurant une réinjection des condensats dans le collecteur d'admission. Selon la présente invention, le dispositif de refroidissement comporte une zone de stockage des produits issus de la condensation, cette zone étant reliée au circuit d'admission dans le cylindre par un conduit de purge débouchant en aval de la vanne de régulation. Ainsi, l'originalité de l'invention réside dans un conduit de purge reliant la zone de stockage des condensats du refroidisseur d'une partie des gaz d'échappement utilisée pour l'admission, à une zone située en aval d'une vanne de régulation du débit d'admission. Le terme aval doit s'entendre selon le sens habituel de circulation des gaz en régime de fonctionnement normal du moteur, tel qu'il est connu dans le domaine. Par ailleurs, l'expression zone de stockage comprend, non seulement des espaces spécifiquement aménagés pour la récupération des condensats, mais également plus généralement le lieu privilégié de condensation, résultant de la construction du refroidisseur et de son positionnement dans le circuit d'admission, sans inclure de zone spécifique, les condensats s'écoulant « naturellement », essentiellement par gravité, vers ce lieu. La création de ce conduit de purge offre la possibilité, selon la position de la vanne, de créer, au moins temporairement, une différence de pression entre les deux extrémités du conduit de purge, permettant d'expulser les condensats dans le circuit d'admission, évitant ainsi leur stagnation dans le refroidisseur. Selon un mode de réalisation avantageux, le conduit de dérivation des gaz de combustion rejoint le conduit d'amenée d'air extérieur en amont de la vanne de régulation, ce qui permet un mélange des gaz bien avant leur entrée dans les cylindres. Avantageusement, le circuit d'admission comporte deux plénums de répartition de l'air reliés chacun à l'une des entrées d'air du ou des cylindre(s), l'un des plénums permettant de réaliser un mouvement tourbillonnant dit de swirl dans les cylindres. Ce plénum peut avantageusement être équipé d'une vanne pour contrôler l'effet de swirl. Avantageusement, le circuit d'admission comporte un dispositif de suralimentation des gaz d'admission. Ce circuit présente une turbine et un compresseur. De préférence, le circuit de dérivation des gaz de combustion est disposé en aval de la turbine, et rejoint le conduit d'amenée d'air extérieur en amont du compresseur, le dispositif de refroidissement étant disposé en aval du compresseur. Cette disposition permet de réaliser un mélange air / gaz d'échappement optimisé, à basse température, permettant de diminuer la formation d'oxydes d'azote (NOX). De plus, le prélèvement d'une partie des gaz d'échappement après la turbine rend le turbocompresseur plus efficace. En effet, la compression des gaz nécessite un refroidissement pour optimiser l'admission et le rendement d'admission des gaz dans le moteur. Préférentiellement, le circuit de dérivation des gaz de combustion est situé en aval d'un dispositif de filtration et de catalyse, afin de limiter l'encrassement du moteur. Selon cette architecture, le circuit d'admission comporte préférentiellement deux plénums de répartition de l'air issus du conduit en aval du dispositif de refroidissement. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, au moins un plénum dispose, à son entrée, d'une vanne de régulation de débit, permettant de régler l'effet tourbillonnant (swirl) de l'air dans les cylindres. Selon ce mode de mise en oeuvre, le circuit d'admission comporte deux vannes de régulation de débit, une vanne étant disposée en amont des plénums, l'autre vanne étant disposée à l'entrée de l'un des plénums, le conduit de purge débouchant en aval de la vanne disposée dans ledit plénum. Cette configuration, où le conduit de purge relie le lieu de stockage des condensats au plénum de swirl, en aval de la vanne de commande du swirl, permet de se servir de l'effet swirl pour réaliser la purge du refroidisseur, avec peu d'effet sur le fonctionnement du moteur. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : les figures 1 à 3 sont des vues schématiques d'un mode préféré de réalisation de l'invention selon différents schémas de mise en oeuvre, la figure 4 représente une variante de réalisation. La figure 1 présente un circuit d'admission 1 pour l'alimentation en gaz d'un moteur Diesel 2 selon un mode préféré de réalisation. Le moteur 2 comporte quatre cylindres 200, chaque cylindre comportant deux circuits d'admission de gaz et deux sorties 202 des gaz issus de la combustion débouchant dans un collecteur 204 de canalisation des gaz. Ce plénum est relié à une turbine 4 d'un dispositif de suralimentation, permettant d'entraîner un compresseur 6. La sortie de la turbine est reliée à un conduit 10 d'échappement où sont insérés un monolithe de catalyse 12 et un filtre à particules 14. En aval de ce filtre, selon le sens d'écoulement des gaz, est disposé un conduit 16 de dérivation des gaz d'échappement établissant une liaison aéraulique avec une entrée d'air 18, par l'intermédiaire d'une vanne de débit 20. Un dispositif 22 de refroidissement des gaz dans ce conduit 16 permet de limiter la température, sans toutefois que les phénomènes de condensation n'apparaissent. Le conduit d'entrée d'air 18 est relié au compresseur 6 en aval de sa liaison avec le conduit 16. La sortie de ce compresseur est reliée à un conduit 24 menant à un refroidisseur d'air suralimenté 26. La sortie de ce refroidisseur est reliée à un conduit 28 menant à un répartiteur à deux plénums 40, 50 via un conduit de séparation 30 en forme de « Y ». Chaque volume des deux plénums 40, 50 est relié à des conduits, respectivement 42, 52, permettant de séparer le flux d'air en provenance du refroidisseur d'air suralimenté 26 entre les conduits 42, 52 menant à chaque cylindre. Dans le cas présenté, le plénum 50 et les conduits 52 sont dédiés au mouvement de swirl dans les cylindres, tandis que le plénum 40 et les conduits 42 ont plus spécifiquement comme fonction de remplir le volume de chaque cylindre. Le document FR 2921697 présente plus en détail le fonctionnement de ce système de bi-plénum d'admission. Selon l'exemple illustratif de réalisation de l'invention, un dispositif d'obturation 32 est placé dans l'une des branches du conduit de séparation 30 constituant l'entrée du plénum 50. Ce dispositif peut être une vanne ou préférentiellement un volet pilotable de manière continue ou discontinue afin d'adapter le débit gazeux dans le plénum au besoin moteur. Le plénum 50 étant dédié au mouvement swirl dans les cylindres, en association avec une forme appropriée de sa connexion au cylindre, il est connu de piloter le positionnement du volet 32 selon le point de fonctionnement du moteur, par exemple en autorisant un mouvement de swirl important à bas régime du moteur. Le circuit d'admission comporte également un moyen d'obturation 34 du conduit 28 en amont de la portion de conduit 30 en « Y », permettant un réglage général de l'admission. Selon l'invention, le refroidisseur d'air suralimenté comporte un conduit de purge 60 des condensats 27 du refroidisseur 26. Ce conduit de purge est connecté au refroidisseur 26 au niveau d'une zone de stockage des condensats, cette zone pouvant être un espace spécifiquement dédié et aménagé pour un écoulement privilégié des condensats 27, par exemple par des portions de conduits internes inclinés, ou bien simplement être une zone naturellement plus favorable à la condensation. Par l'effet de la gravité, une telle zone est préférentiellement située dans la partie basse du refroidisseur. Selon l'exemple proposé de mise en oeuvre de l'invention, ce conduit de purge 60 débouche dans le plénum 50, en aval du volet 32 de réglage du swirl. La figure 2 présente un premier mode de fonctionnement. Supposons le moteur en marche, selon un certain régime, les différents trajets des gaz dans les conduits étant mentionnés par des flèches. De l'air extérieur pénètre dans le conduit 18. Selon la position de la vanne 20, une partie des gaz d'échappement peut être ajouté à l'air extérieur. L'ensemble de ces gaz est introduit dans le compresseur 6 mis en rotation par la turbine 4 actionnée par les gaz d'échappement, puis dans le refroidisseur d'air 26, entraînant la condensation des vapeurs d'eau chargées en composés chimiques. Les gaz refroidis alimentent alors les deux plénums 40, 50, en supposant la vanne 34 d'admission en position ouverte, soit la position représentée en pointillés. Nous supposerons la vanne de swirl 32 ouverte. Dans ces conditions, les conduits 28 et les conduits 60 sont sensiblement à la même pression. Selon un premier mode de fonctionnement de l'invention, la vanne 34 d'admission est utilisée pour la purge des condensats. En effet, lors de l'arrêt du moteur, cette vanne est fermée (vanne représentée en traits pleins) pour « étouffer » le moteur en le privant brutalement d'air, ce qui provoque son arrêt rapidement. Lors de la fermeture de cette vanne, le conduit 28 et le refroidisseur 26 voient leur pression rester stable par rapport à la pression en aval de la vanne qui diminue, notamment dans le plénum 50. Dès lors, par rééquilibrage naturel des pressions, la communication entre le refroidisseur 26 et le plénum 50, par le conduit 60 permet d'aspirer le liquide du refroidisseur vers le plénum 50. Ces condensats sont alors envoyés vers les conduits 52 menant aux cylindres, selon les flèches représentées. Un tel fonctionnement pourrait également être mis en oeuvre en reliant le conduit de purge 60 en aval de la vanne 34, tel que représenté en traits pointillés figure 1. Ce conduit, en variante, pourrait également être relié au plénum 40. Toutefois, ce mode de fonctionnement, bien que résolvant en partie les problèmes de stagnation des condensats dans le refroidisseur, présente quelques limitations. En effet, cette purge n'est réalisée que lors de l'arrêt du moteur. Si la vitesse de chargement est plus rapide que ce que la fréquence d'arrêt/redémarrage permet de purger, le refroidisseur, sur le long terme, va continuer de se remplir. En d'autres termes, il n'est pas possible de contrôler le niveau de condensats puisqu'il dépend uniquement de l'utilisateur. De plus, l'arrêt du moteur étant rapide et sur un faible nombre de tours moteurs, si le refroidisseur est très chargé en condensats, la purge peut ne pas être complète. Enfin, les condensats sont envoyés dans les cylindres alors que le moteur s'arrête, ces condensats pouvant être ainsi stockés pendant un temps assez long, ce qui risque de provoquer des phénomènes de corrosion ou de détériorations des pièces (piston, injecteur, joint de culasse etc...). Un tel mode de fonctionnement, bien que techniquement envisageable, peut ainsi mener à des dysfonctionnements. Selon un second mode de fonctionnement, présenté figure 3, le pilotage de la purge est assuré par l'utilisation du volet 32 de swirl. L'utilisation de ce volet permet de créer, alors que le moteur tourne, une perte de charge importante entre le refroidisseur 26 et le plénum 50. Alors que le mode de purge à l'aide de la vanne 34 génère une perte de charge entre le refroidisseur et l'ensemble du répartiteur, ce mode de fonctionnement n'est pas lié à l'arrêt du moteur mais au simple pilotage, au besoin, de la vanne swirl 32. En mode purge, c'est-à-dire en fermant très sensiblement la vanne 32, provoquant, par ailleurs, une augmentation du mouvement tourbillonnaire dans les cylindres 200, représentés par des flèches en arc de cercle plus grandes que sur la figure 2 ou la vanne 32 est ouverte, la pression dans le plenum 50 de swirl est très inférieure à la pression dans le refroidisseur et dans le conduit 28, alors que les pressions sont sensiblement égales entre le plenum d'admission 40 et le refroidisseur 26. Le conduit 60 permet alors de rééquilibrer les pressions, provoquant une aspiration des condensats dans le plénum 50, puis dans les cylindres, le moteur n'étant pas arrêté. Le fonctionnement du moteur en mode purge n'est donc pas plus perturbé que lorsque des modes de swirl élevé sont utilisés. La mise au point du moteur n'est donc pas plus difficile. Un avantage de ce mode de purge est que le moteur est en fonctionnement. Les risques de saturation du volume mort dans la chambre de combustion sont donc très limités. D'autre part, le liquide ne stagne pas dans les cylindres, ce qui limite considérablement les risques de corrosion ou d'altération des pièces. Un pilotage simple de la purge consiste à effectuer une purge à chaque fois que le swirl est augmenté. Ce mode de pilotage a pour intérêt de minimiser tout au long du fonctionnement du moteur la quantité de condensat dans le refroidisseur. On évite par exemple ainsi la décantation du liquide et donc les risques de formation de « boue » pouvant obstruer le refroidisseur à long terme. Une sécurité peut être mise en place pour s'assurer que le niveau de condensats ne dépasse pas une certaine quantité, par un capteur approprié. En cas de dépassement du niveau, la vanne 32 de swirl serait fermée pour réduire le débit dans le plénum 50, afin de purger le filtre 26 des condensats 27, et ce, indépendamment des « besoins » en mouvement swirl du moteur. Dans le même ordre d'idée, il peut être envisagé de ne purger le refroidisseur 26 que lorsqu'un niveau donné de liquide est présent dans le refroidisseur, ce niveau pouvant être, soit détecté par un capteur, soit estimé. Dans ce cas, on peut prévoir d'implanter une vanne sur le conduit 60. Une telle vanne 62 est présentée figure 4. Ainsi, dans cette variante de réalisation, même si le swirl est augmenté par obturation du plénum remplissage à l'aide de la vanne 32, la purge est bloquée par la vanne 62 jusqu'à la détection d'un niveau de condensats nécessitant une purge. Une telle détection de niveaux peut être remplacée, pour des raisons économiques, par une estimation liée au temps de fonctionnement. Plus généralement, il peut également être envisagé que le conduit de purge 60 réalise une liaison aéraulique entre la zone de condensation du refroidisseur, tel que présenté, et une zone en aval d'une vanne de commande d'admission quelconque disposée en aval du refroidisseur. En effet, la présence d'une vanne d'admission induit inévitablement une pression aval pouvant être inférieure à la pression amont, au moins en régime transitoire lorsque la vanne se ferme, permettant alors une aspiration des condensats. L'invention n'est pas limitée aux différents modes de réalisation présentée et couvre notamment différentes configurations du mélange air extérieur / gaz d'échappement. Il peut en effet être prévu une régulation du taux des gaz recyclés directement par la vanne 32, ou une autre vanne disposée à ce niveau, dès l'instant où la différence de pression entre le captage au niveau de la sortie du filtre à particules et l'injection est suffisante. L'air extérieur peut également être introduit par un conduit indépendant du conduit de recirculation des gaz d'échappement. En complément de réalisation, une partie des gaz d'échappement peut être réinjectée directement dans le plénum d'admission 40 via un conduit spécifique associé à une vanne de contrôle du débit, le conduit étant dérivé du plénum 204 de canalisation des gaz d'échappement. Par ailleurs, le circuit d'alimentation selon la présente invention n'est pas limitée à son application à un moteur à quatre cylindres, le moteur pouvant présenter un nombre plus important de cylindres : six, huit, douze,... REVENDICATIONS1. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) à combustion interne comportant notamment au moins un cylindre (200) pourvu d'au moins deux entrées d'air ainsi qu'au moins une sortie d'air, ledit circuit comportant : un conduit (18) d'amenée d'air extérieur en relation aéraulique avec au moins l'une des entrées d'air du cylindre (200), un conduit (16) de dérivation des gaz de combustion expulsés du au moins un cylindre (200) par la ou les sorties d'air, ledit conduit (16) étant en relation aéraulique avec au moins l'une des entrées d'air du cylindre, un dispositif de refroidissement (26) de la partie dérivée des gaz de combustion, au moins une vanne (32, 34) de régulation du débit gazeux admis dans le au moins un cylindre (200), caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (26) comporte une zone de stockage des produits (27) issus de la condensation, cette zone étant reliée au circuit d'admission dans le cylindre (200) par un conduit de purge (60) débouchant en aval de la vanne de régulation (32, 34). 2. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit (16) de dérivation des gaz de combustion rejoint le conduit (18) d'amenée d'air extérieur en amont de la vanne de régulation (32, 34). 3. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux plénums (40, 50) de répartition de l'air reliés chacun à l'une des entrées d'air du cylindre (200). 4. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de suralimentation des gaz d'admission. 5. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de suralimentation comporte une turbine (4) et un compresseur (6), le conduit (16) de dérivation des gaz de combustion étant disposé en aval de la turbine (4), et rejoignant le conduit (18) d'amenée d'air extérieur en amont du compresseur (6), et en ce que le dispositif de refroidissement (26) est disposé en aval du compresseur (6). 6. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte deux plénums (40, 50) de répartition de l'air issus du conduit (28) en aval du dispositif de refroidissement (26). 7. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un plénum (50) dispose, à son entrée, d'une vanne (32) de régulation de débit. 8. Circuit d'admission (1) d'un moteur (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte deux vannes (32, 34) de régulation de débit, une vanne (34) étant disposée en amont des plénums (40, 50), l'autre vanne (32) étant disposée à l'entrée de l'un des plénums (50), le conduit de purge (60) débouchant en aval de la vanne (32) disposée dans ledit plénum (50).