Brevet FR3005997A1 — publié le 20141128

MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE A RECIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT A REFROIDISSEMENT AMELIORE [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicules automobiles dotés d'un système de recirculation des gaz d'échappement issus d'au moins un cylindre vers l'admission d'air des cylindres. [0002] De tels systèmes sont bien connus sous le sigle EGR correspondant à la locution anglo-américaine Exhaust Gaz Recirculation. On a notamment proposé, dans les moteurs à plusieurs cylindres, de dédier un cylindre à la recirculation des gaz d'échappement, les gaz d'échappement de ce cylindre étant totalement réintroduits dans le collecteur d'admission du moteur. Dans de tels moteurs, les gaz d'échappement réintroduits à l'admission sont typiquement chargés en gaz dihydrogène du fait d'un fonctionnement dans lequel le ou les cylindres dont on réintroduit les gaz d'échappement fonctionnent avec un mélange air-carburant de type riche. De tels moteurs sont connus sous l'appellation D-EGR pour Dedicated Exhaust Gaz Recirculation en anglais ou à système dédié de réintroduction ou recirculation de gaz d'échappement en français. [0003] Le concept D-EGR permet de générer des gaz EGR dopés en hydrogène en faisant fonctionner un cylindre en mode riche, avantageusement une richesse de l'ordre de 1,5. Cet hydrogène permet d'améliorer la stabilité de la combustion et donc la tolérance à l'EGR. Le moteur D-EGR permet de réduire les pertes par pompage à l'admission du moteur pour les points de charge partielle, et de repousser la limite à partir de laquelle apparait un cliquetis pour les points de pleine charge. Il est avantageux d'avoir une machine de suralimentation suffisamment performante pour rétablir le débit d'air nécessaire et ainsi conserver voire augmenter les performances du moteur. [0004] La ligne de réintroduction des gaz d'échappement de type D-EGR est particulièrement encombrante alors que les contraintes d'espace disponible sont de plus en plus sévères dans les moteurs modernes. De plus, les gaz D-EGR représentent une source de chaleur qu'il est souhaitable de refroidir au cours du fonctionnement du moteur. [0005] Le but de l'invention est d'apporter une solution à ces contraintes en proposant un moteur de type D-EGR lequel présente un encombrement réduit et soit le siège d'un refroidissement efficace des gaz d'échappement émis par le ou les cylindres dédié à la réintroduction des gaz d'échappement. [0006] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement comprenant plusieurs cylindres de combustion, un organe d'admission d'air frais en direction d'un ou plusieurs cylindres et une ligne de réintroduction de gaz d'échappement depuis au moins un cylindre de combustion dans l'organe d'admission, les gaz d'échappement dudit au moins un cylindre étant entièrement réintroduits dans l'organe d'admission, le moteur comportant une culasse, caractérisé en ce que la ligne de réintroduction de gaz d'échappement traverse la culasse. [0007] Avantageusement, la ligne de réintroduction de gaz d'échappement traverse la culasse en formant un tronçon de traversée et le moteur comporte un cylindre constituant le cylindre du moteur le plus proche dudit tronçon de traversée, le cylindre le plus proche dudit tronçon de traversée étant ledit cylindre dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission. [0008] Avantageusement, le cylindre dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission forme une extrémité du moteur par rapport aux autres cylindres du moteur. [0009] Avantageusement, la ligne de réintroduction de gaz d'échappement comporte un catalyseur de production d'hydrogène. [0010] Avantageusement, la ligne de réintroduction de gaz d'échappement traverse la culasse en formant un tronçon de traversée lequel tronçon de traversée est disposé de telle sorte que l'ensemble des cylindres se situe d'un seul et même côté du tronçon de traversée et le moteur comporte un cylindre constituant le cylindre du moteur le plus éloigné dudit tronçon de traversée, le cylindre le plus éloigné dudit tronçon de traversée étant ledit cylindre dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission. [0011] Avantageusement, le catalyseur de production d'hydrogène est disposé sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement entre la sortie du cylindre dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission et le tronçon de traversée de la culasse. [0012] Avantageusement, le moteur comporte un collecteur d'échappement et le catalyseur de production d'hydrogène est disposé à l'aplomb vertical du collecteur d'échappement. [0013] Avantageusement, la ligne de réintroduction de gaz d'échappement traverse la culasse en formant un tronçon de traversée et le moteur comporte un refroidisseur de gaz d'admission lequel est placé en aval du tronçon de traversée. [0014] Avantageusement, le moteur comporte un seul cylindre dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission et il comporte au moins un cylindre dont au moins une partie des gaz d'échappement est rejetée dans l'air ambiant sans être réintroduite dans un cylindre de combustion. [0015] Avantageusement, ledit au moins un cylindre dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission est un cylindre à fonctionnement à richesse supérieure à 1 de sorte qu'il produit des gaz d'échappement chargés en hydrogène. [0016] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles : [0017] - la figure 1 représente un moteur D-EGR selon un premier mode de réalisation de l'invention, [0018] - la figure 2 représente un moteur D-EGR selon un second mode de réalisation de l'invention. [0019] Le moteur représenté sur la figure annexée comporte un bloc-moteur muni de quatre cylindres 11, 12, 13, 14. Le moteur comporte en outre un collecteur d'admission 20 débouchant dans chacun des cylindres 11, 12, 13 14 par une conduite d'admission respective 21, 22, 23, 24. Un collecteur d'échappement 30 collecte les gaz d'échappement émanant de chacun des cylindres 11, 12 et 13. [0020] Le cylindre 14 est associé à un circuit 40 de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission. Ainsi le circuit 40 prélève les gaz d'échappement du cylindre 14 et les dirige vers l'admission du moteur. Plus spécifiquement, les gaz d'échappement du cylindre 14 sont ici véhiculés par le circuit 40 vers le collecteur d'admission 20. [0021] Le présent moteur comporte en outre un turbocompresseur non représenté lequel est entrainé par les gaz d'échappement émanant des cylindres 11, 12 et 13 et mettant en pression un flux d'air frais lequel arrive à l'admission du moteur une fois compressé. [0022] Le cylindre 14 est ici un cylindre de type D-EGR. Un module de contrôle du moteur pilote une alimentation en air et en carburant du cylindre 14 de telle sorte que le cylindre 14 est le siège d'une combustion à mélange riche, c'est-à-dire en excès de carburant par rapport à l'air, ici selon une richesse d'environ 1,5. De par la richesse du mélange air-carburant, le cylindre 14 produit du gaz dihydrogène H2. Le gaz H2 ainsi produit se retrouve dans les gaz d'échappement émis par le cylindre 14 lesquels sont ensuite, selon le principe du moteur D-EGR, réintroduits à l'admission d'au moins un cylindre du moteur, ici à l'admission de l'ensemble des cylindres 11 à 14. Le moteur selon le présent exemple de réalisation ne comporte qu'un seul cylindre produisant de l'hydrogène selon le principe D-EGR. En variante le moteur peut en comporter plusieurs. [0023] Dans l'architecture du système D-EGR proposée ici, le moteur présente une culasse 50 et la ligne 40 de réintroduction des gaz d'échappement traverse la culasse 50. Telle que représentée sur la figure 1, la ligne 40 de réintroduction des gaz d'échappement forme un tronçon 41 de traversée de culasse. Le tronçon 41 se trouve à une extrémité de la culasse de sorte que l'ensemble des cylindres 11 à 14 se trouve d'un seul et même côté du tronçon de traversée 41. Le cylindre dédié 14 constitue le cylindre le plus proche de ce tronçon de traversée 41. Ainsi la ligne 40 est constituée par une conduite coudée qui récupère les gaz du cylindre dédié 14 et les renvoie au niveau de l'orifice de la culasse formant l'embouchure du tronçon de traversée 41.Le tronçon de traversée 41 présente avantageusement une section plus petite que la section de la ligne 40 à l'extérieur de la culasse, ce qui permet de faire naitre un effet Venturi pour les gaz qui traversent le conduit, lequel effet Venturi accélère encore le refroidissement des gaz d'échappement. [0024] Dans le présent mode de réalisation, la ligne 40 de réintroduction des gaz d'échappement ne comporte aucun catalyseur. [0025] Dans une variante de réalisation représentée sur la figure 2, la ligne 40 est équipée d'un catalyseur 42 de production d'hydrogène. Les cylindres sont en outre disposés de manière inversée, de sorte que le cylindre 14 dédié à l'EGR est disposé à l'extrémité gauche de la figure. Un tel catalyseur 42 est ici un catalyseur de production d'hydrogène par reformage catalytique d'un carburant présent dans la ligne 40. De préférence, en raison de l'efficacité des réactions de conversion, le moyen de production d'hydrogène 42 par reformage catalytique comprend un module catalytique destiné à provoquer une réaction de vapo-reformage. [0026] Dans ce mode de réalisation, on utilise l'espace présent entre la sortie du cylindre 14 dédié à l'EGR et l'orifice d'entrée du tronçon de traversée 41 de la culasse afin d'y placer le catalyseur 42. Ainsi, le tronçon de traversée 41 est disposé de telle sorte que l'ensemble des cylindres 11 à 14 du moteur se situe d'un seul et même côté du tronçon de traversée 41, le tronçon 41 étant alors positionné à une extrémité du moteur. Le cylindre du moteur qui est le plus éloigné dudit tronçon de traversée 41 est le cylindre dédié 14. Ainsi, on place le cylindre D-EGR 14 à l'opposé du tronçon 41 de traversée de la culasse, et l'on place le catalyseur 42 horizontalement et en dessous du collecteur d'échappement 30. Cette configuration permet d'optimiser le volume nécessaire au catalyseur 42. [0027] Le fait de faire traverser la culasse 50 à la ligne 40 de réintroduction des gaz d'échappement permet à la fois de gagner en encombrement global du groupe motopropulseur, mais aussi de refroidir les gaz sortant du cylindre dédié DEGR 14 lesquels repartent à l'admission. Ces gaz étant très chauds, il est impératif de les refroidir pour leur entrée à l'admission. Dans le cas d'un piquage DEGR à l'admission qui se situe en amont d'un refroidisseur de suralimentation, cela permet de sous-dimensionner ce dernier car les gaz admis, consistant en un mélange d'air comprimé par le compresseur et de gaz d'échappement réintroduits sont alors moins chauds que dans le cas d'un circuit DEGR classique disposé en contournement du bloc moteur. [0028] Bien que dans le présent exemple de réalisation on utilise un seul tronçon de traversée 41 de la culasse, en variante la ou les lignes de réintroduction de gaz d'échappement peuvent traverser la culasse 50 en formant plusieurs tels tronçons de traversée lesquels sont disposés parallèles l'un à l'autre ou en série. [0029] De même, on a décrit ici une ligne 40 de réintroduction de gaz d'échappement bénéficiant d'un effet de refroidissement produit par la culasse 50 laquelle est elle-même refroidie par circulation de liquide de refroidissement. [0030] Selon un mode de réalisation spécifique, la culasse 50 peut intégrer un boitier de sortie de liquide de refroidissement, également appelé boitier de sortie d'eau, dont le rôle est de distribuer un flux de liquide de refroidissement dans le bloc moteur. La ligne 40 de réintroduction de gaz d'échappement peut traverser la culasse en traversant un tel boitier de sortie d'eau, les gaz d'échappement jouissant alors d'un effet de refroidissement particulièrement efficace dû à un refroidissement direct du tronçon de traversée 41 par le liquide de refroidissement. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion de Véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement comprenant plusieurs cylindres de combustion (11,12,13,14), un organe d'admission d'air frais (20) en direction d'un ottplusieurs cylindres (11,12,13,14) et une ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) depuis au moins un cylindre de combustion (14) dans l'organe d'admission (20), les gaz d'échappement dudit au moins un cylindre (14) étant entièrement réintroduits dans l'organe d'admission (20), le moteur comportant une culasse (50), caractérisé en ce que la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) traverse la culasse (50). 2. Moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) traverse la culasse (50) en formant un tronçon de traversée (41) et le moteur comporte un cylindre (11,12,13,14) constituant le cylindre du moteur le plus proche dudit tronçon de traversée (41), le cylindre le plus proche dudit tronçon de traversée (41) étant ledit au moins un cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20). 3. Moteur à combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) forme une extrémité du moteur par rapport aux autres cylindres du moteur (11,12,13). 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne (40) de réintroduction de gaz d'échappement comporte un catalyseur de production d'hydrogène (42). 5. Moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne (40) de réintroduction de gaz d'échappement traverse la culasse (50) en formant un tronçon de traversée (41) lequel tronçon de traversée (41) est disposé de telle sorte que l'ensemble des cylindres (11,12,13,14) se situe d'un seul et même côté du tronçon de traversée (41) et le moteur comporte un cylindre (11,12,13,14) constituant le cylindre du moteur le plus éloigné dudit tronçon de traversée (41), le cylindre le plus éloigné dudit tronçon de traversée (41) étant ledit cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20). 6. Moteur à combustion selon la revendication 4 et la revendication 5 en combinaison, caractérisé en ce que le catalyseur (42) de production d'hydrogène est disposé sur la ligne (40) de réintroduction de gaz d'échappement entre la sortie du cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) et le tronçon de traversée (41) de la culasse (50). 7. Moteur à combustion selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur d'échappement (30) et le catalyseur (42) de production d'hydrogène est disposé à l'aplomb vertical du collecteur d'échappement (30). 8. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne (40) de réintroduction de gaz d'échappement traverse la culasse (50) en formant un tronçon de traversée (41) et le moteur comporte un refroidisseur de gaz d'admission lequel est placé en aval du tronçon de traversée (41). 9. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur comporte un seul cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission (20) et il comporte au moins un cylindre (11,12,13) dont au moins une partie des gaz d'échappement est rejetée dans l'air ambiant sans être réintroduite dans un cylindre de combustion. 10. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) est un cylindre à fonctionnement à richesse supérieure à 1 de sorte qu'il produit des gaz d'échappement chargés en hydrogène.