Brevet FR3009017A1 — publié le 20150130

COLLECTEUR D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. [0001] L'invention porte sur un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le collecteur d'échappement comportant au moins un canal de recirculation en relation aéraulique avec au moins une première soupape d'échappement d'un cylindre de recirculation du moteur à combustion interne, le collecteur d'échappement comportant au moins un canal d'échappement en relation aéraulique avec au moins une deuxième soupape d'échappement d'un cylindre principal du moteur à combustion interne. [0002] Un véhicule automobile est couramment équipé d'un moteur à combustion interne pour permettre son déplacement. Le moteur à combustion interne est par exemple un moteur à quatre-temps suralimenté. Le moteur à combustion interne comporte plusieurs cylindres ménagés à l'intérieur d'un bloc-cylindres. Les cylindres produisent des gaz d'échappement suite à la combustion d'un mélange air-carburant introduit à l'intérieur des cylindres. Parmi ces cylindres, on distingue, pour certains types de moteur à combustion interne, un cylindre de recirculation qui produit des gaz d'échappement, nommés gaz de recirculation, en raison du fait que les gaz de recirculation sont introduits à l'intérieur d'un collecteur d'admission d'air, dont est pourvu le moteur à combustion. Le collecteur d'admission d'air est prévu pour délivrer de l'air aux cylindres. Autrement dit, les gaz de recirculation ne sont pas véhiculés vers une ligne d'échappement à l'instar des gaz d'échappement produits par les autres cylindres du moteur à combustion interne mais sont retournés vers les cylindres. Un tel moteur à combustion interne est bien connu sous le sigle moteur D-EGR selon l'acronyme anglo-saxon pour Dedicated Exhaust Gas Recirculation pour système dédié de réintroduction ou recirculation de gaz d'échappement. [0003] Un tel moteur à combustion interne est susceptible d'être équipé d'un turbocompresseur comprenant une turbine qui est logée à l'intérieur d'une ligne d'échappement associée au moteur à combustion interne et un compresseur qui est logé à l'intérieur d'une ligne d'admission d'air débouchant dans le collecteur d'admission d'air. [0004] II est connu que la puissance de la turbine est une fonction linéaire d'une température des gaz d'échappement circulant à l'intérieur de cette dernière. Or, plus une déviation des gaz de recirculation vers le collecteur d'admission d'air est importante, plus la température des gaz d'échappement diminue. Plus particulièrement, il a été observé qu'un augmentation de 1% de la déviation des gaz de recirculation entraîne une diminution de près de 6°C de la température des gaz d'échapperrent. Il en découle qu'un fonctionnement du moteur à combustion interne avec un taux de recirculation de 25% induit des gaz d'échappement à une température de l'ordre de 147°C, ce qui entraîne une diminution de 20% de la puissance de turbine. [0005] Le document de brevet US 4,413,605 décrit un moteur à combustion interne dont le collecteur d'admission d'air comporte une chambre à l'intérieur de laquelle circule les gaz d'échappement produits par le moteur à combustion interne. Plus particulièrement, une paroi sépare un canal d'admission d'air de ladite chambre, la paroi étant pourvue de nervures pour augmenter des échanges thermiques à travers la paroi. [0006] Un but de la présente invention est de proposer un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile qui optimise des échanges thermiques entre des gaz de recirculation et des gaz d'échappements que le moteur à combustion interne produit, un tel collecteur d'échappement étant simple à réaliser tout en étant robuste et fiable. [0007] Un collecteur de la présente invention est un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le collecteur d'échappement comporte au moins un canal de recirculation en relation aéraulique avec au moins une première soupape d'échappement d'un cylindre de recirculation du moteur à combustion interne. Le collecteur d'échappement comporte au moins un canal d'échappement en relation aéraulique avec au moins une deuxième soupape d'échappement d'un cylindre principal du moteur à combustion interne. [0008] Selon la présente invention, le collecteur d'échappement comprend une pièce monobloc logeant le canal de recirculation et le canal d'échappement. [0009] Selon une première variante, le canal de recirculation et le canal d'échappement sont superposés l'un à l'autre. [0010] Selon une deuxième variante, le canal de recirculation entoure le canal d'échappement. [0011] Selon une troisième variante, le canal de recirculation comprend une pluralité de canaux de recirculation élémentaires qui entourent le canal d'échappement. [0012] De préférence, les canaux de recirculation élémentaires sont répartis symétriquement autour du canal d'échappement. [0013] Les canaux de recirculation élémentaires sont par exemple répartis sur un cercle comprenant un premier centre inscrit à l'intérieur du canal d'échappement. [0014] Le canal d'échappement est notamment agencé en un tube cylindrique comportant un deuxième centre qui est confondu avec le premier centre. [0015] Un moteur à combustion interne de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le moteur à combustion interne comprend un tel collecteur d'échappement. [0016] Un véhicule automobile de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le véhicule automobile comprend un tel moteur à combustion interne. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : [0018] La figure 1 est une vue schématique partielle d'un moteur à combustion interne de la présente invention. [0019] Les figures 2 à 4 sont des illustrations schématiques de variantes respectives de réalisation d'un collecteur d'échappement participant du moteur à combustion interne illustré sur la figure précédente. [0020] Sur la figure 1, un moteur à combustion interne 1 équipe un véhicule automobile pour pourvoir au déplacement de ce dernier. Le moteur à combustion interne 1 est par exemple un moteur essence à quatre temps. Le moteur à combustion interne 1 comprend un bloc-cylindres 2 qui loge des cylindres 3,3' à l'intérieur desquels une combustion d'un mélange air-carburant est effectuée, une telle combustion produisant des gaz d'échappement. Le moteur à combustion interne 1 est équipé d'un collecteur d'admission d'air 4 qui est destiné à délivrer de l'air aux cylindres 3,3'. Le moteur à combustion interne 1 est également pourvu d'une ligne d'échappement 5 qui est destinée à évacuer les gaz d'échappement vers un environnement extérieur 6 au véhicule automobile. Chaque cylindre 3,3' est pourvu de deux soupapes d'admission 7 qui contrôle une admission d'air à l'intérieur du cylindre correspondant 3,3'. Chaque cylindre 3,3' est également pourvu de deux soupapes d'échappement 8,8' qui contrôle une évacuation des gaz d'échappement hors du cylindre correspondant 3,3'. [0021] Parmi les cylindres 3,3', on distingue au moins un cylindre de recirculation 3' qui produit des gaz d'échappement nommés gaz de recirculation en raison du fait que ces derniers sont véhiculés par l'intermédiaire d'un conduit de recirculation 9 vers le collecteur d'admission d'air 4 et/ou vers au moins l'un des cylindres 3,3'. Parmi les cylindres 3,3', on distingue aussi au moins un cylindre principal 3 dont les gaz d'échappement sont véhiculés vers la ligne d'échappement 5. Le cylindre de recirculation 3' est pourvu de deux premières soupapes d'échappement 8' qui sont reliées au conduit de recirculation 9 par l'intermédiaire d'un canal de recirculation respectif 15. Le cylindre principal 3 est quant à lui pourvu de deux deuxièmes soupapes d'échappement 8 qui sont reliées à la ligne d'échappement 5 par l'intermédiaire d'un canal d'échappement respectif 16. [0022] La ligne d'échappement 5 est pourvue d'une turbine 10 constitutive d'un turbocompresseur 11. Le turbocompresseur 11 comprend également un compresseur 12 qui équipe une ligne d'admission d'air 13 en relation avec le collecteur d'admission d'air 4. La turbine 10 et le compresseur 12 sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un axe de turbocompresseur 14 de telle sorte que lorsque les gaz d'échappement circulant à l'intérieur de la ligne d'échappement 5 entraînent en rotation la turbine 10, une telle mise en rotation induit une compression de l'air circulant à l'intérieur de la ligne d'admission d'air 13. [0023] Le moteur à combustion interne 1 comprend un collecteur d'échappement 17 qui est interposé entre les cylindres 3,3' et la ligne d'échappement 5. Le collecteur d'échappement 17 est couramment constitué d'une pièce de fonderie qui loge les canaux de recirculationl5 et les canaux d'échappement 16. [0024] Selon la présente invention, le collecteur d'échappement 17 comprend une pièce monobloc 17' logeant le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16. Autrement dit, le collecteur d'échappement 17 est une pièce monobloc 17' d'un seul tenant qui loge le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16. Autrement dit encore, une continuité de matière existe entre le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16. Préférentiellement, le collecteur d'échappement 17 est une pièce de fonderie, notamment réalisée en fonte ou analogue, pour optimiser des échanges thermiques entre les gaz de recirculation et les gaz d'échappement. Plus particulièrement, le collecteur d'échappement 17 est réalisé en un alliage métallique à forte conductivité thermique. Un tel collecteur d'échappement 17 forme un conducteur thermique passif entre les gaz de recirculation circulant à l'intérieur du canal de recirculation 15 et les gaz d'échappement circulant à l'intérieur du canal d'échappement 16. Un tel conducteur thermique passif est avantageusement fiable, robuste et aisément intégrable sur le moteur à combustion interne 1. [0025] Ces dispositions sont telles que les gaz de recirculation réchauffent les gaz d'échappement dont la température augmente, ce qui améliore un rendement de la turbine 10. Il en résulte finalement une optimisation d'une suralimentation en air du moteur à combustion interne 1. Autrement dit, dans les conditions susvisées de la présente invention, la turbine 10 offre un rendement de transformation d'une énergie thermique véhiculée par les gaz d'échappement en une énergie mécanique de compression d'air par le compresseur 12 qui est optimisé. [0026] Selon une première variante de réalisation illustrée sur la figure 2, le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16 sont superposés l'un à l'autre. Le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16 sont préférentiellement agencés en des tubes de même rayon R. Plus particulièrement, le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16 sont éloignés l'un de l'autre d'une distance D qui est inférieure audit rayon R. [0027] Selon une deuxième variante illustrée sur la figure 3, le canal de recirculation 15 entoure le canal d'échappement 16. Autrement dit, le canal d'échappement 16 est ménagé à l'intérieur du canal de recirculation 15. Il en résulte que le canal de recirculation 15 forme une enveloppe du canal d'échappement 16. Dans le cas préféré où le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16 sont agencés en des tubes cylindriques, le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16 sont concentriques. [0028] Selon une troisième variante de réalisation illustrée sur la figure 4, le canal de recirculation 15 comprend une pluralité de canaux de recirculation élémentaires 15' qui entourent le canal d'échappement 16. Autrement dit, les canaux de recirculation élémentaires 15' forment conjointement une couronne autour du le canal d'échappement 16. [0029] Les canaux de recirculation élémentaires 15' sont répartis symétriquement autour du canal d'échappement 16 et sont notamment répartis sur un cercle 18 comprenant un premier centre Cl inscrit à l'intérieur du canal d'échappement 16. [0030] Le canal d'échappement 16 étant agencé en un tube cylindrique, le canal d'échappement comporte un deuxième centre 02 qui est confondu avec le premier centre Cl. [0031] Selon une autre variante de réalisation, le collecteur d'échappement 17 est pourvu d'une isolation extérieure 19 pour amplifier les échanges thermiques entre le canal de recirculation 15 et le canal d'échappement 16. [0032] Selon une autre variante de réalisation, le collecteur d'échappement 17 intègre un catalyseur de formation de dihydrogène à l'intérieur duquel se produisent des réactions exothermes. [0033] L'ensemble de ces dispositions est finalement tel que le moteur à combustion interne 1 procure un gain en pression moyenne indiquée d'une boucle basse pression d'un circuit de lubrification du moteur à combustion interne 1 ainsi qu'un gain en dioxyde de carbone émis pour une puissance optimisée du moteur à combustion interne 1. REVENDICATIONS1. Collecteur d'échappement (17) d'un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, le collecteur d'échappement (17) comportant au moins un canal de recirculation (15) en relation aéraulique avec au moins une première soupape d'échappement (8') d'un cylindre de recirculation (3') du moteur à combustion interne (1), le collecteur d'échappement (17) comportant au moins un canal d'échappement (16) en relation aéraulique avec au moins une deuxième soupape d'échappement (8) d'un cylindre principal (3) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que le collecteur d'échappement (17) comprend une pièce monobloc (17') logeant le canal de recirculation (15) et le canal d'échappement (16). 2. Collecteur d'échappement (17) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le canal de recirculation (15) et le canal d'échappement (16) sont superposés l'un à l'autre. 3. Collecteur d'échappement (17) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de recirculation (15) entoure le canal d'échappement (16). 4. Collecteur d'échappement (17) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal de recirculation (15) comprend une pluralité de canaux de recirculation élémentaires (15') qui entourent le canal d'échappement (16). 5. Collecteur d'échappement (17) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les canaux de recirculation élémentaires (15') sont répartis symétriquement autour du canal d'échappement (16). 6. Collecteur d'échappement (17) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les canaux de recirculation élémentaires (15') sont répartis sur un cercle comprenant un premier centre (C1) inscrit à l'intérieur du canal d'échappement (16). 7. Collecteur d'échappement (17) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canal d'échappement (16) est agencé en un tube cylindrique comportant un deuxième centre (C2) qui est confondu avec le premier centre (C1). 8. Moteur à combustion interne (1) comprenant un collecteur d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne selon la revendication 8.