Brevet FR2980532A1 — publié le 20130329

BOITIER DE SORTIE D'EAU DE MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC UN ECHANGEUR THERMIQUE EGR BASSE PRESSION ET HAUTE PRESSION ET SES VANNES DE PILOTAGE pool] La présente invention concerne un boîtier de sortie d'eau de moteur de véhicule automobile avec un échangeur thermique EGR basse pression et haute pression et ses vannes de pilotage. [0002] Pour réduire l'émission de substances polluantes d'un véhicule automobile à moteur thermique, il est connu d'équiper les véhicules automobiles d'une circulation de gaz d'échappement afin de récupérer des gaz d'échappement du moteur et des les réinjecter en entrée du moteur. Cette circulation des gaz d'échappement porte communément le nom d'EGR. [0003] Les substances polluantes émises par un véhicule automobile sont principalement des oxydes et notamment des oxydes d'azote du type NON, formés par la réaction à haute température de l'oxygène avec l'azote. Les gaz d'échappement, déjà utilisés par le moteur, sont relativement pauvres en oxygène et le fait de les faire recirculer dans l'admission du moteur thermique à la place de l'air frais alimentant le moteur diminue la quantité d'oxygène disponible et donc la formation de NON. [0004] Il existe fréquemment deux boucles de circulation de gaz 20 d'échappement dans un système EGR pour un moteur turbo-compressé. [0005] La première boucle de circulation est dite boucle EGR basse pression et réalise un prélèvement de gaz d'échappement en aval d'un organe de dépollution de la ligne d'échappement du véhicule automobile, par exemple un filtre à particules. Ces gaz d'échappement relativement propres, après un 25 refroidissement dans un échangeur à eau, peuvent être injectés par la première boucle dans l'air d'admission alimentant le moteur thermique. [0006] La seconde boucle de circulation est dite boucle EGR haute pression et réalise un prélèvement de gaz d'échappement en amont de la turbine du turbo-compresseur. Ces gaz d'échappement non dépollués, après un 30 refroidissement dans un échangeur à eau, sont injectés par la seconde boucle dans l'air d'admission alimentant le moteur thermique. [0007] L'avantage de la première boucle EGR dite basse pression est d'utiliser des gaz d'échappement relativement propres et de permettre une forte diminution de la température et une meilleure homogénéisation du mélange d'air et gaz d'échappement recirculés basse pression en entrée du moteur. La première boucle EGR dite basse pression est utilisée en fonctionnement normal du véhicule automobile jusqu'en pleine charge. [0oos] L'avantage de la seconde boucle EGR dite haute pression est d'utiliser des gaz d'échappement relativement chauds. La seconde boucle EGR dite haute pression est utilisée pour un fonctionnement à froid du véhicule automobile, notamment lors du démarrage dudit véhicule en lieu et place de la première boucle EGR dite basse pression qui ne permet pas d'avoir un mélange air et gaz d'échappement recirculés à une température suffisante à l'admission. [0009] Un système EGR de circulation des gaz d'échappement est généralement constitué d'un échangeur thermique destiné à refroidir les gaz brûlés et d'au moins une vanne, appelée communément vanne EGR, qui vient régler le débit de gaz brûlé vers le collecteur d'admission, ceci pour chaque boucle. Cette vanne est pilotée par le calculateur du contrôle moteur. Il existe ainsi un échangeur thermique à eau et au moins une vanne EGR pour chacune des deux boucles décrites précédemment. [0olo] La place de ces échangeurs thermiques est aussi importante, étant donné que, quand situés à proximité du piquage des gaz d'échappement, les échangeurs à eau nécessitent un plus grand apport d'eau, leur action de refroidissement devant être plus forte. De plus, la position des vannes de pilotage EGR est aussi importante pour le bon fonctionnement du système EGR. [0011] Enfin, prévoir deux échangeurs thermiques à eau pour un système EGR basse pression et haute pression prend de la place dans l'espace consacrée à la motorisation du véhicule, espace qui devient de plus en plus réduit dans les nouveaux types de véhicule automobile. [0012] Le document FR-A-2 917 124 décrit un circuit de refroidissement des gaz recirculés pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Dans ce document, il est proposé de regrouper dans un même module le refroidisseur pour l'air de suralimentation, le refroidisseur pour la boucle basse pression du système EGR et le refroidisseur pour la boucle haute pression du système EGR. Cependant, chaque refroidisseur basse ou haute pression bien que solidarisé avec l'autre refroidisseur haute ou basse pression reste une entité séparée, ce qui prend sensiblement la même place que deux refroidisseurs. De plus, ce document n'évoque pas les adaptations spécifiques, notamment la présence de vannes de pilotage EGR pour le fonctionnement d'un refroidisseur commun aux deux boucles basse et haute pressions. [0013] Le problème à la base de l'invention est de réduire la complexité des boucles d'un système EGR en réduisant la place prise par les échangeurs thermiques EGR et en les plaçant dans des endroits du moteur adéquats à la réduction de la taille des boucles afin de réaliser des boucles basse pression 15 et haute pression du système EGR les plus compactes possibles. [0014] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un boîtier de sortie d'eau de moteur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il incorpore ou porte un échangeur thermique EGR commun pour la boucle basse pression et la boucle haute pression d'un système EGR, des vannes de 20 pilotage étant prévues pour la régulation de l'entrée et de la sortie de cet échangeur. [0015] L'effet technique est d'avoir un seul échangeur thermique EGR pour les boucles basse pression et haute pression d'un système EGR avec un pilotage incorporé dans le boîtier de service d'eau, ce qui rend le système 25 EGR plus compact et en diminue le coût. [0016] Avantageusement, l'échangeur thermique EGR présente une vanne de pilotage entrée et une vanne de pilotage sortie, chacune de ces vannes pilotant respectivement l'entrée ou la sortie basse et haute pressions de l'échangeur thermique EGR, ces vannes de pilotage étant réglables dans au 30 moins deux positions, la première position laissant communiquer uniquement l'entrée ou la sortie haute pression à l'échangeur thermique EGR et la seconde position laissant communiquer uniquement l'entrée ou la sortie basse pression audit échangeur. [0017] Avantageusement, le boîtier de sortie d'eau comporte un boîtier électronique de pilotage pour une ou des interfaces respectives du boîtier de sortie d'eau avec un ou plusieurs circuits choisis unitairement ou en combinaison entre le circuit d'eau moteur, le circuit d'eau aérotherme et le circuit d'eau de refroidissement façade, ledit boîtier électronique pilotant aussi les vannes de pilotage de l'échangeur thermique EGR. [0018] Avantageusement, le boîtier de sortie d'eau comprend une interface d'eau avec l'échangeur thermique EGR. [0019] L'invention concerne aussi un système EGR avec une boucle de circulation basse pression et une boucle de circulation haute pression de reprise de gaz d'échappement issus du moteur d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique EGR commun aux deux boucles, cet échangeur étant logé dans un tel boîtier de sortie d'eau. [0020] L'invention concerne aussi un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un tel système EGR. [0021] Avantageusement, le moteur thermique comprend un turbocompresseur, un collecteur d'admission et un collecteur d'échappement, le moteur étant relié à une ligne d'échappement comprenant au moins un moyen de dépollution des gaz d'échappement, le système EGR dudit moteur présentant: - une boucle de circulation haute pression effectuant une reprise des gaz d'échappement au niveau du collecteur d'échappement côté turbo, traversant l'échangeur thermique EGR et débouchant vers le collecteur d'admission du moteur, - une boucle de circulation basse pression effectuant une reprise des gaz d'échappement après le moyen de dépollution dans la ligne d'échappement, traversant l'échangeur thermique EGR et débouchant vers l'entrée du compresseur turbo du moteur. [0022] Avantageusement, le moteur thermique présente son échappement sur sa face arrière, le boîtier de sortie d'eau étant disposé sur la face gauche latérale du moteur vue de la face arrière. L'échappement en face arrière procure de la place sur la périphérie du moteur et permet une implantation du boîtier de service d'eau et de son échangeur thermique EGR plus favorable à une réduction de la longueur des boucles de circulation du système EGR. [0023] Avantageusement, l'entrée du compresseur se trouve sur la face gauche latérale du moteur vue de la face arrière, le boîtier de service d'eau se trouvant à un niveau inférieur à l'entrée du compresseur. [0024] Avantageusement, le boîtier de service d'eau est incorporé à la culasse du moteur. [0025] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un boîtier de sortie d'eau intégrant un échangeur thermique EGR basse pression et haute pression, ce boîtier étant conforme à la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un boîtier de sortie d'eau intégrant un échangeur thermique EGR basse pression et haute pression, ce boîtier étant conforme à la présente invention, l'échangeur thermique EGR fonctionnant à cette figure en mode haute pression, - la figure 3 est une représentation schématique d'un boîtier de sortie d'eau intégrant un échangeur thermique EGR basse pression et haute pression, ce boîtier étant conforme à la présente invention, l'échangeur thermique EGR fonctionnant à cette figure en mode basse pression. [0026] La figure 1 montre un boîtier 1 de sortie d'eau. Ce boîtier 1 remplit la fonction classique de boîtier de sortie d'eau d'un moteur thermique. Il présente une interface de circuit d'eau du moteur via la culasse du moteur 2, une interface de circuit d'eau aérotherme 3 et une interface de circuit d'eau de façade refroidissement 4. Toutes ces interfaces 2 à 4 sont pilotées par un boîtier électronique de pilotage 5 incorporé ou porté par le boîtier 1 de sortie d'eau, le pilotage étant comme indiqué en pointillés. [0027] Conformément à la présente invention, le boîtier 1 de sortie d'eau intègre ou porte un échangeur thermique EGR 6 basse pression et haute pression, cet échangeur 6 étant commun aux deux boucles de circulation de gaz d'échappement respectivement basse pression et haute pression, des vannes de pilotage 7a, 7b étant prévues pour la régulation de l'entrée et de la sortie de cet échangeur 6. [0028] La boucle haute pression entre dans l'échangeur à eau EGR 6 par sa portion d'entrée 8a et en sort par sa portion de sortie 8b. La boucle basse pression entre dans l'échangeur thermique à eau EGR 6 par sa portion d'entrée 9a et en sort par sa portion de sortie 9b. [0029] Des vannes de pilotage EGR respectivement d'entrée 7a et de sortie 7b sont prévues à l'entrée ou à la sortie de l'échangeur thermique EGR 6. Ces vannes 7a et 7b de pilotage sont donc prévues logées à l'intérieur du ou portées par le boîtier 1 de sortie d'eau. La vanne de pilotage EGR d'entrée 7a relie les portions d'entrée 8a et 9a des boucles respectives haute et basse pressions, tandis que la vanne de pilotage EGR de sortie 7b relie les portions de sortie 8b et 9b des boucles respectives haute et basse pressions. Ces vannes de pilotage EGR 7a et 7b sont aussi pilotées par le boîtier électronique de pilotage 5 du boîtier 1 de sortie d'eau. [0030] Une interface d'eau 10 entre le boîtier 1 de service d'eau et l'échangeur thermique EGR 6 est avantageusement prévue pour évacuer de la chaleur de l'échangeur thermique EGR 6. [0031] Il est à noter que les interfaces d'eau du moteur via la culasse du moteur 2, d'aérotherme 3 et de façade refroidissement 4 sont avantageusement séparées de l'interface d'eau 10 et sont pilotées indépendamment de la gestion de l'échangeur thermique à eau EGR 6. [0032] La figure 2 montre un fonctionnement de l'échangeur thermique à eau EGR 6 en mode haute pression, ce qui vaut particulièrement pour un moteur thermique encore froid, ceci notamment au démarrage. Dans un tel fonctionnement, seule la boucle de circulation haute pression est effective. Les vannes de pilotage entrée 7a et sortie 7b sont pilotées par le boîtier électronique de pilotage 5 du boîtier 1 de sortie d'eau, ceci avantageusement selon les paramètres du moteur thermique. [0033] Les vannes de pilotage 7a et 7b sont fermées pour la boucle de circulation basse pression, ce qui est symbolisé par le trait dans les vannes de pilotage 7a et 7b au contact des portions d'entrée 9a et de sortie 9b de la boucle basse pression. Les vannes de pilotage 7a et 7b sont ouvertes pour la boucle de circulation haute pression. Les gaz d'échappement passent par la boucle de circulation haute pression du collecteur d'échappement vers le collecteur d'admission d'air du moteur thermique en passant par l'échangeur thermique EGR 6. [0034] La figure 3 montre un fonctionnement de l'échangeur thermique à eau EGR 6 en mode basse pression, ce qui vaut particulièrement pour un moteur thermique en fonctionnement normal jusqu'en pleine charge. Dans un tel fonctionnement, seule la boucle de circulation basse pression est effective. Les vannes de pilotage entrée 7a et sortie 7b sont pilotées par le boîtier électronique de pilotage 5 du boîtier 1 de sortie d'eau, ceci avantageusement selon les paramètres du moteur thermique. [0035] Les vannes de pilotage 7a et 7b sont fermées pour la boucle de circulation haute pression, ce qui est symbolisé par le trait dans les vannes de pilotage 7a et 7b tandis qu'elles sont ouvertes pour la boucle de circulation basse pression. Les gaz d'échappement passent par la boucle de circulation basse pression qui débute en sortie d'un moyen de dépollution présent dans la ligne d'échappement, par exemple un filtre à particules, en débouchant vers l'entrée turbo du turbo-compresseur du moteur thermique, en passant par l'échangeur thermique EGR 6. [0036] Il peut être aussi possible de faire fonctionner le système EGR simultanément en basse pression et en haute pression, les ouvertures des vannes de pilotage 7a et 7b définissant les rapports entre les débits de gaz d'échappement basse et haute pressions. [0037] Une utilisation particulièrement avantageuse du boîtier 1 de service d'eau selon présente invention est applicable pour un moteur thermique libérant de la place au niveau dudit boîtier. C'est le cas pour un moteur thermique avec un échappement disposé sur sa face arrière, ce qui permet de dégager le volume du parcours du raccord d'air entre le col d'entrée d'air et le filtre à air. [0038] Avec un tel moteur à échappement sur sa face arrière, la dépollution peut s'effectuer à l'arrière, ce qui procure l'avantage de la compacité du post-traitement. Cet avantage peut se conjuguer avec l'avantage de la compacité d'une boucle EGR basse pression et haute pression avec un échangeur thermique EGR 6 commun incorporé dans ou porté sur le boîtier 1 de service d'eau. [0039] De plus, avec un tel moteur à échappement sur sa face arrière, il est possible de placer le turbocompresseur à l'arrière gauche du moteur et de placer l'échangeur thermique EGR basse pression et haute pression à la place de la traversée des gaz culasse, sensiblement au dessus du boîtier de sortie d'eau, avec le pilotage de l'ouverture/fermeture des interfaces effectué par le boîtier électronique de pilotage 5 du boîtier 1 de sortie d'eau. [0040] La reprise des gaz EGR haute pression et basse pression peut alors se faire sur la face latérale gauche du moteur vue de la face arrière. [0041] La boucle de circulation haute pression effectue une reprise des gaz d'échappement au niveau du collecteur d'échappement côté turbo, par exemple sous le turbo à l'arrière du moteur, traverse l'échangeur thermique EGR et débouche vers le collecteur d'admission du moteur, ce qui présente l'avantage d'une boucle de circulation très courte. [0042] La boucle de circulation basse pression effectue une reprise des gaz d'échappement après le moyen de dépollution dans la ligne d'échappement, traverse l'échangeur thermique EGR et débouche vers l'entrée du compresseur turbo du moteur, cette entrée se trouvant avantageusement au-dessus du boîtier de sortie d'eau. [0043] Les boucles de circulation basse pression et haute pression débouchent dans la vanne de pilotage entrée 7a de l'échangeur EGR 6 commun et reprennent leur parcours respectif en sortant de l'échangeur 6 et en débutant sur la vanne de pilotage sortie 7b. [0044] Plusieurs variantes sont possibles et entrent dans le cadre de la présente invention. De manière non limitative : - l'échangeur EGR 6 commun peut être externe ou interne au boîtier 1 de sortie d'eau en étant porté par ou incorporé dans ledit boîtier 1, - le boîtier 1 de sortie d'eau peut être intégré ou non à la culasse du moteur, - l'architecture de l'interface d'eau 10 entre l'échangeur thermique EGR 6 et le boîtier 1 de sortie d'eau peut être différente de celle montrée aux figures 1 à 3, - - la position des vannes de pilotage 7a et 7b de l'échangeur thermique EGR 6 basse pression et haute pression et le type de vanne de pilotage 7a ou 7b utilisé peuvent être divers, de même que leur pilotage par le boîtier électronique 5 du boîtier 1 de service d'eau. [0045] Les principaux avantages de la présente invention sont la compacité du système EGR, particulièrement de l'échangeur EGR commun aux boucles basse et haute pressions. Plus généralement, les boucles du système EGR sont aussi moins longues, ceci notamment quand le système EGR est porté par un moteur présentant son échappement sur sa face arrière. De plus, le coût d'un tel système EGR est diminué tandis que son efficacité est renforcée. [0046] La compacité du système est particulièrement importante du fait du manque de place disponible pour la motorisation, étant donné que les blocs avant des véhicules automobiles actuels sont réduits pour respecter diverses normes en vigueur, notamment la contrainte du choc frontal. [0047] La dépollution assurée par un tel système EGR est accrue. Cela répond à la tendance actuelle d'avoir un seuil d'oxydes NOx abaissé selon les normes de plus en plus contraignantes dans ce domaine. Ceci est d'autant plus appréciable qu'il y a peu d'autres possibilités d'accroître la dépollution, notamment en augmentant la taille des pains de dépollution de réduction catalytique sélective ou de filtre à particules SCR/FAP, étant donné le manque de place pour la disposition de la motorisation. REVENDICATIONS1. Boîtier (1) de sortie d'eau de moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il incorpore ou porte un échangeur thermique EGR (6) commun pour la boucle basse pression et la boucle haute pression d'un système EGR, des vannes de pilotage (7a, 7b) étant prévues pour la régulation de l'entrée et de la sortie de cet échangeur (6). 1 0 2. Boîtier (1) de sortie d'eau selon la revendication précédente, dans lequel l'échangeur thermique EGR (6) présente une vanne de pilotage entrée (7a) et une vanne de pilotage sortie (7b), chacune de ces vannes (7a, 7b) pilotant respectivement l'entrée ou la sortie basse et haute pressions de l'échangeur thermique EGR (6), ces vannes de 15 pilotage (7a, 7b) étant réglables en au moins deux positions, la première position laissant communiquer uniquement l'entrée ou la sortie haute pression à l'échangeur thermique EGR (6) et la seconde position laissant communiquer uniquement l'entrée ou la sortie basse pression audit échangeur (6). 20 3. Boîtier (1) de sortie d'eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comporte un boîtier électronique (5) de pilotage pour une ou des interfaces respectives du boîtier de sortie d'eau avec un ou plusieurs circuits choisis unitairement ou en combinaison entre le circuit d'eau moteur, le circuit d'eau aérotherme et le circuit d'eau de 25 refroidissement façade, ledit boîtier électronique (5) pilotant aussi les vannes de pilotage (7a, 7b) de l'échangeur thermique EGR (6). 4. Boîtier (1) de sortie d'eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend une interface d'eau (10) avec l'échangeur thermique EGR (6). 30 5. Système EGR avec une boucle de circulation basse pression et une boucle de circulation haute pression de reprise de gaz d'échappementissus du moteur d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique EGR (6) commun aux deux boucles, cet échangeur (6) étant logé dans un boîtier (1) de sortie d'eau selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système EGR selon la revendication précédente. 7. Moteur thermique selon la revendication précédente, lequel comprend un turbo-compresseur, un collecteur d'admission et un collecteur d'échappement, le moteur étant relié à une ligne d'échappement comprenant au moins un moyen de dépollution des gaz d'échappement, le système EGR dudit moteur présentant: - une boucle de circulation haute pression effectuant une reprise des gaz d'échappement au niveau du collecteur d'échappement côté turbo, traversant l'échangeur thermique EGR (6) et débouchant vers le collecteur d'admission du moteur, - une boucle de circulation basse pression effectuant une reprise des gaz d'échappement après le moyen de dépollution dans la ligne d'échappement, traversant l'échangeur thermique EGR (6) et débouchant vers l'entrée du compresseur turbo du moteur. 8. Moteur thermique selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, lequel présente son échappement sur sa face arrière, le boîtier (1) de sortie d'eau étant disposé sur la face gauche latérale du moteur vue de la face arrière. 9. Moteur thermique selon la revendication précédente, pour lequel l'entrée du compresseur se trouve sur la face gauche latérale du moteur vue de la face arrière, le boîtier (1) de service d'eau se trouvant à un niveau inférieur à l'entrée du compresseur. 10.Moteur thermique selon l'une quelconque des quatre revendications précédentes, pour lequel le boîtier (1) de service d'eau est incorporé à la culasse du moteur.