Brevet FR3014498A1 — publié le 20150612

ARCHITECTURE DE MOTEUR THERMIQUE COMPRENANT UN DISPOSITIF D'EVACUATION DE CONDENSATS [0001] La présente invention porte sur une architecture de moteur thermique comprenant un dispositif d'évacuation de condensats. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les moteurs comportant un système de recirculation des gaz d'échappement connu sous l'acronyme anglo-saxon de EGR pour "Exhaust Gas Recirculation". Les systèmes de type EGR comportent une ligne de recirculation des gaz d'échappement apte à réinjecter des gaz d'échappement à l'intérieur du collecteur d'admission du moteur. Un tel système permet ainsi de réduire les rejets de polluants pénétrant dans la ligne d'échappement. [0002] Une technologie connue consiste à générer une recirculation des gaz d'échappement prélevés en aval du filtre à particules dans le circuit d'admission en amont de l'échangeur. Un tel système engendre une formation de condensats provenant du refroidissement de l'air chargé en humidité dans l'échangeur de suralimentation, qui va passer de l'état gazeux à l'état liquide. En effet, lorsque le moteur démarre après avoir été à l'arrêt pendant une longue période, les gaz d'échappement du moteur qui atteignent rapidement des températures élevées (de l'ordre de 300°C) se retrouvent en contact avec des parois de la ligne EGR à température ambiante, ce qui engendre une condensation de liquide dans les points bas du refroidisseur d'air de suralimentation. [0003] Ces condensats étant susceptibles de geler à basses températures, leur accumulation peut engendrer une obstruction du passage de l'air dans l'échangeur, ce qui peut provoquer une détérioration du fonctionnement du moteur. De plus, ces condensats sont susceptibles d'accélérer la corrosion de l'échangeur du fait de la composition chimique acide de l'air due à la présence des gaz de recirculation. [0004] Le document FR2940366 décrit un système permettant d'évacuer les condensats formés au niveau du refroidisseur de suralimentation vers une zone de l'échappement située en amont d'un catalyseur. L'évacuation des condensats est réalisée alors que le moteur est en fonctionnement, ce qui risque d'encrasser le catalyseur. [0005] La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une architecture de moteur comportant un moteur à combustion interne comprenant un collecteur d'admission d'air, un collecteur d'échappement, et une ligne de recirculation des gaz d'échappement apte à réinjecter au moins une partie des gaz d'échappement à l'intérieur dudit collecteur d'admission d'air via un échangeur, dit refroidisseur d'air de suralimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une canalisation assurant une liaison entre un boîtier du refroidisseur d'air de suralimentation recueillant des condensats et un cône de sortie d'un filtre à particules, ainsi qu'un dispositif de vidange commandé par une unité de contrôle, ladite unité de contrôle étant configurée pour faire passer ledit dispositif de vidange d'un état fermé dans lequel ledit dispositif de vidange obture ladite canalisation pour permettre une accumulation de condensats à l'intérieur du boîtier dudit refroidisseur d'air de suralimentation, à un état ouvert pour la mise en relation du boîtier du refroidisseur d'air de suralimentation avec le cône de sortie du filtre à particules, après un arrêt du moteur thermique. [0006] Le terme de « cône » relatif au filtre à particules fait référence au fait qu'usuellement le filtre à particules est d'une section plus importante que le reste de la ligne d'échappement à laquelle il est raccordé. Ces « cônes » d'entrée et de sortie (entrée/sortie ou encore amont/aval sont des termes se rapportant à la direction générale des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement depuis le moteur) font généralement partie de l'enveloppe extérieure du filtre à particules et permettent son raccordement à la ligne d'échappement en présentant une variation de section depuis celle de la ligne jusqu'à celle du filtre à particules. On comprend donc que le terme de cône se rapporte à une zone de raccordement entre le filtre et la ligne d'échappement, qui fait usuellement partie de l'enveloppe extérieure dudit filtre. Il n'est donc pas limité à une forme géométrique nécessairement strictement conique, même si cette forme est la plus usuelle, puisque usuellement l'enveloppe du filtre est, dans la zone où est disposé le matériau poreux, généralement cylindrique ou ovale, et que la section de la ligne est elle aussi généralement cylindrique avec un diamètre moindre (ou ovale). [0007] L'invention permet ainsi de vidanger aisément, vers le circuit d'échappement, les condensats accumulés dans le refroidisseur d'air de suralimentation susceptibles d'endommager le moteur en cas de gel. La vidange est en outre réalisée en sortie de ligne d'échappement de manière statique suite à un arrêt du moteur, ce qui permet d'éviter tout encrassement des éléments de la lige d'échappement. [0008] Selon une réalisation, ledit boîtier du refroidisseur d'air de suralimentation est surélevé par rapport au cône de sortie du filtre à particules, en sorte que les condensats sont évacués par gravité dans le cône de sortie du filtre à particules lorsque ledit dispositif de vidange est dans un état ouvert. [0009] Selon une réalisation, ledit filtre à particules et ledit refroidisseur d'air de suralimentation sont positionnés à l'avant du véhicule. Cela permet de limiter la longueur de la canalisation dans la mesure où les deux composants à relier sont situés à distance réduite l'un par rapport à l'autre. Une telle configuration permet ainsi d'améliorer la compacité de l'architecture du moteur. [0010] Selon une réalisation, ladite canalisation est réalisée dans un matériau souple résistant à la corrosion et à la chaleur, et, de préférence elle est dépourvue de points bas qui pourraient favoriser la stagnation de condensats évacués. La souplesse de la canalisation permet d'absorber les débattements mécaniques du moteur dus au fait que le refroidisseur d'air de suralimentation est lié à la caisse du véhicule tandis que le filtre à particules est lié au moteur thermique qui est mobile par rapport à la caisse du véhicule notamment lorsque le moteur se pose sur ses cales. [0011] Selon une réalisation, le dispositif de vidange est situé au niveau dudit boîtier du refroidisseur d'air de suralimentation. On évite ainsi la formation de condensats stagnants à l'intérieur de la canalisation susceptibles d'endommager la canalisation en cas de gel. En outre, la sollicitation thermique est moins importante du côté du refroidisseur d'air de suralimentation que du côté du filtre à particules. [0012] Selon une réalisation, ledit dispositif de vidange consiste en un clapet piloté de manière électrique, pneumatique ou hydraulique. [0013] Selon une réalisation, ladite unité de contrôle est configurée pour ouvrir ledit dispositif de vidange suite à un arrêt du moteur après une durée prédéterminée. [0014] Selon une réalisation, la durée prédéterminée est telle qu'à l'issue de cette durée, une température de gaz d'échappement résiduels est inférieure à un seuil de température. On s'assure ainsi que la pression dans le circuit d'échappement n'est pas supérieure à la pression du circuit d'entrée d'air afin d'éviter une remontée d'impuretés dans le circuit d'admission. [0015] Selon une réalisation, ladite unité de contrôle est configurée pour ouvrir ledit dispositif de vidange pendant une durée de temporisation définie en fonction de paramètres influant sur la quantité de formation de condensats et d'une section de ladite canalisation. [0016] Selon une réalisation, les paramètres influant sur la quantité de formation de condensats sont choisis notamment parmi les paramètres suivants: la température extérieure au véhicule, une température des gaz de recirculation, un débit d'un mélange gazeux circulant via le refroidisseur d'air de suralimentation, un taux de recirculation des gaz d'échappement ainsi qu'une durée de fonctionnement du moteur entre deux vidanges de condensats successives. [0017] Selon une réalisation, ladite architecture de moteur comporte en outre un dispositif de blocage de poussières installé entre le boîtier dudit refroidisseur d'air de suralimentation et le cône de sortie dudit filtre à particules. On évite ainsi que des poussières ou des impuretés issues du système d'échappement puissent pénétrer dans le circuit d'air en pression en relation directe avec le moteur. [0018] Selon une réalisation, le dispositif de blocage comporte un système de chicanes. [0019] Selon une réalisation, le dispositif de blocage comporte un média filtrant. [0020] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. - La figure 1 est une représentation schématique de l'architecture de moteur selon la présente invention; - Les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques du dispositif de vidange de condensats selon la présente invention respectivement dans un état fermé et dans un état ouvert. [0021] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre. [0022] La figure 1 montre une architecture de moteur 100 comportant un moteur 1 à combustion interne à quatre cylindres 2.1-2.4 turbocompressé. Le moteur 1 comprend un bloc moteur 3 dans lequel sont ménagés des chambres 5.1-5.4 de combustion des cylindres 2.1-2.4. [0023] Un collecteur d'admission 8 reçoit de l'air à introduire dans les chambres 5.1-5.4 de combustion. L'air d'admission est aspiré depuis l'extérieur du véhicule, par l'intermédiaire d'un filtre à air (non représenté). Le sens de déplacement de l'air d'admission est symbolisé par les flèches 11. [0024] Une injection de carburant à l'intérieur les chambres 5.1-5.4 de combustion est effectuée au moyen d'injecteurs référencés 14.1-14.4. En outre, dans le cas d'un moteur à essence, des bougies 16.1-16.4 permettent d'enflammer le mélange gazeux et de carburant à l'intérieur des chambres 5.1-5.4 de combustion. [0025] Par ailleurs, un collecteur d'échappement 17 reçoit les émissions de gaz produites par la combustion et les dirige vers un catalyseur d'échappement 19 adapté à traiter les polluants avant leur expulsion vers l'atmosphère extérieure. Un filtre à particules 21 est connecté en aval du catalyseur 19. De façon connue en soi, ce filtre à particules 21 comporte une multitude de canaux de faibles diamètres (de l'ordre de la dizaine de microns), enfermés dans un boîtier métallique présentant un cône d'entrée 210 et un cône de sortie 211 pour son raccordement à la ligne d'échappement. Le sens de circulation des gaz d'échappement est représenté par les flèches 20. En variante, on pourra utiliser un système de type SCR (pour "Selective Catalytic Reduction" en anglais ou réduction catalytique sélective en français) en remplacement ou en complément du catalyseur 19. [0026] Les cylindres 2.1-2.3, qui fonctionnent de manière classique, présentent chacun une entrée en relation avec le collecteur 8 d'admission et une sortie en relation avec le collecteur 17 d'échappement. [0027] Une ligne de recirculation 22 a une première extrémité située en aval du filtre à particules 21 et une deuxième extrémité débouchant en amont d'un refroidisseur d'air de suralimentation 31. La ligne 22 assure une réinjection d'une partie des gaz d'échappement à l'intérieur du collecteur 8 d'admission d'air. Une vanne 221 montée sur la ligne 22 permet d'adapter le taux de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de gaz d'échappement et la quantité totale d'air et de gaz d'échappement envoyée vers l'admission. Le sens de circulation des gaz dans le conduit 22 est indiqué par les flèches 24. [0028] Le refroidisseur 31 monté en amont du collecteur d'admission 8 est un échangeur thermique destiné à refroidir le mélange d'air et de gaz d'échappement entrant dans le collecteur d'admission 8. Ce refroidisseur 31 permet d'atteindre une température adaptée à la combustion du mélange gazeux et de carburant dans les chambres 5.1-5.4 des cylindres. En tout état de cause, cette température est inférieure à 200°C pour le cas le plus extrême. [0029] Le moteur 1 comporte en outre un turbocompresseur 23 comprenant un étage de compression 25 et un étage de détente 26. L'étage de compression 25 comprime l'air d'admission afin d'optimiser le remplissage des chambres 5.1-5.4 de combustion. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation une turbine de l'étage de détente 26 qui entraîne alors en rotation une turbine de l'étage de compression 25 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement 29 reliant les deux turbines entre elles. [0030] Par ailleurs, une canalisation 33 assure une liaison entre un boîtier 34 du refroidisseur d'air de suralimentation 31 recueillant des condensats 43 et le cône de sortie 211 du filtre à particules 21. Le boîtier 34 est positionné en entrée du refroidisseur 31. En outre, comme on peut le voir sur les figures 2a et 2b, un dispositif de vidange 36 commandé par une unité de contrôle 38 est apte à passer sélectivement d'un état fermé dans lequel le dispositif de vidange 36 obture la canalisation 33 pour permettre l'accumulation de condensats 43 à l'intérieur du boîtier 34 à un état ouvert pour la mise en relation du boîtier 34 du refroidisseur 31 avec le cône de sortie 211 du filtre à particules 21 afin d'évacuer les condensats 43 suite à un arrêt du moteur 1. L'unité de contrôle 38 pourra être le calculateur moteur ou un calculateur dédié. Les flèches 32 représentent l'entrée du mélange gazeux composé d'air et de gaz d'échappement. [0031] Plus précisément, le refroidisseur 31 ainsi que le circuit d'échappement auquel appartient le filtre à particules 21 et le catalyseur 19 sont positionnés à l'avant du véhicule. Ce terme relatif est entendu par rapport au sens commun que lui donnerait le conducteur du véhicule en position de conduite. Cela permet de limiter la longueur de la canalisation 33 dans la mesure où les deux composants à relier sont situés à distance réduite l'un par rapport à l'autre. Une telle configuration permet ainsi d'améliorer la compacité de l'architecture du moteur. [0032] Le boîtier 34 du refroidisseur 31 est surélevé par rapport au cône de sortie 211 du filtre à particules 21, en sorte que les condensats 43 sont évacués par gravité, suivant les flèches 39, dans le cône de sortie 211 du filtre à particules 21 lorsque le dispositif de vidange 36 est dans un état ouvert (cf. figure 2b). [0033] La canalisation 33 est réalisée dans un matériau souple résistant à la corrosion et à la chaleur. La canalisation 33 pourra par exemple prendre la forme d'un tuyau du même type que les tuyaux de graissage de turbo. La souplesse de la canalisation 33 permet d'absorber les débattements mécaniques du moteur dus au fait que le refroidisseur 31 est lié à la caisse du véhicule tandis que le filtre à particules 21 est lié au moteur thermique 1 qui est mobile par rapport à la caisse du véhicule notamment lorsque le moteur 1 se pose sur ses cales. La section du tuyau est relativement faible, de l'ordre de 10mm. Cette section est définie par le volume maximal de condensats 43 formé lors d'une phase de roulage entre deux ouvertures du système. [0034] Le dispositif de vidange 36 est situé de préférence au niveau du boîtier 34 du refroidisseur 31, c'est-à-dire du côté de l'extrémité de la canalisation 33 débouchant vers le boîtier 34 du refroidisseur 31. On évite ainsi la formation de condensats 43 stagnants à l'intérieur de la canalisation 33 susceptibles d'endommager la canalisation 33 en cas de gel. En outre, la sollicitation thermique est moins importante du côté du refroidisseur d'air de suralimentation 31 que du côté du filtre à particules 21. [0035] Le dispositif de vidange 36 consiste en un clapet piloté de manière électrique, pneumatique ou hydraulique. Ce système à clapet est du même type que ceux utilisés dans les systèmes de bypass d'échangeur d'air. [0036] Ainsi, lorsque le moteur 1 est en fonctionnement, le clapet 36 est fermé (cf. figure 2a). Durant cette durée de fonctionnement, des condensats 43 peuvent alors se former sous certaines conditions et se stocker dans le boîtier inférieur 34 du refroidisseur 31. Suite à un arrêt du moteur 1, l'unité de contrôle 38 commande l'ouverture du clapet 36 après une durée prédéterminée afin d'évacuer les condensats 43 dans la sortie du filtre à particules 21 via la canalisation 33 (cf. figure 2b). [0037] La durée prédéterminée après l'arrêt du moteur 1 est calculée en sorte qu'une température des gaz d'échappement résiduels, c'est-à-dire ceux encore présents dans le circuit suite à l'arrêt du moteur thermique 1, descend en dessous d'un seuil de température à l'issue de cette durée. Ce seuil de température est par exemple de l'ordre de 80°C, température à ajuster en fonction d'essais et/ou simulation. On s'assure ainsi que la pression dans le circuit d'échappement n'est pas supérieure à la pression du circuit d'entrée d'air afin d'éviter une remontée d'impuretés dans le collecteur d'admission 8. [0038] En outre, l'ouverture du clapet 36 est réalisée pendant une durée de temporisation définie en fonction de paramètres influant sur la quantité de formation de condensats 43 et d'une section de la canalisation 33. Les paramètres influant sur la quantité de formation de condensats 43 sont choisis notamment parmi les paramètres suivants: la température extérieure au véhicule, une température des gaz de recirculation, un débit du mélange gazeux circulant via le refroidisseur 31, un taux de recirculation des gaz d'échappement ainsi qu'une durée de fonctionnement du moteur 1 entre deux vidanges de condensats successives. [0039] Une fois dans le système d'échappement, les condensats 43 seront évacués lors du démarrage ultérieur du moteur 1. [0040] Un dispositif de blocage 40 de poussières pourra éventuellement être installé entre le boîtier 34 du refroidisseur et le cône de sortie 211 du filtre à particules 21. On évite ainsi que des poussières ou des impuretés issues du système d'échappement puissent pénétrer dans le circuit d'air en pression en relation directe avec le moteur thermique 1. Ce dispositif de blocage 40 pourra comporter par exemple un système de chicanes et/ou un média filtrant. REVENDICATIONS: 1. Architecture de moteur (100) comportant un moteur thermique (1) comprenant un collecteur (8) d'admission d'air, un collecteur (17) d'échappement, et une ligne (22) de recirculation des gaz d'échappement apte à réinjecter au moins une partie des gaz d'échappement à l'intérieur dudit collecteur (8) d'admission d'air via un échangeur (31), dit refroidisseur d'air de suralimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une canalisation (33) assurant une liaison entre un boîtier (34) du refroidisseur d'air de suralimentation (31) recueillant des condensats (43) et un cône de sortie (211) d'un filtre à particules (21), ainsi qu'un dispositif de vidange (36) commandé par une unité de contrôle (38), ladite unité de contrôle (38) étant configurée pour faire passer ledit dispositif de vidange (36) d'un état fermé dans lequel ledit dispositif de vidange (36) obture ladite canalisation (33) pour permettre une accumulation de condensats (43) à l'intérieur du boîtier (34) dudit refroidisseur d'air de suralimentation (31), à un état ouvert pour la mise en relation du boîtier (34) du refroidisseur d'air de suralimentation (31) avec le cône de sortie (211) du filtre à particules (21), après un arrêt du moteur thermique (1). 2. Architecture de moteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit boîtier (34) du refroidisseur d'air de suralimentation (31) est surélevé par rapport au cône de sortie (211) du filtre à particules (21), en sorte que les condensats (43) sont évacués par gravité dans le cône de sortie (211) du filtre à particules (21) lorsque ledit dispositif de vidange (36) est dans un état ouvert. 3. Architecture de moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit filtre à particules (21) et ledit refroidisseur d'air de suralimentation (31) sont positionnés à l'avant du véhicule. 4. Architecture de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite canalisation (33) est réalisée dans un matériau souple résistant à la corrosion et à la chaleur. 5. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de vidange (36) est situé au niveau dudit boîtier (34) du refroidisseur d'air de suralimentation (31). 6. Architecture de moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit dispositif de vidange (36) consiste en un clapet piloté de manière électrique, pneumatique ou hydraulique. 7. Architecture de moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite unité de contrôle (38) est configurée pour ouvrir ledit dispositif de vidange (36) suite à un arrêt du moteur après une durée prédéterminée. 8. Architecture de moteur selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la durée prédéterminée est telle qu'à l'issue de cette durée, une température de gaz d'échappement résiduels est inférieure à un seuil de température. 9. Architecture de moteur selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisée en ce que ladite unité de contrôle (38) est configurée pour ouvrir ledit dispositif de vidange (36) pendant une durée de temporisation définie en fonction de paramètres influant sur la quantité de formation de condensats et d'une section de ladite canalisation (33). 10. Architecture de moteur selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les paramètres influant sur la quantité de formation de condensats (43) sont choisis parmi les paramètres suivants: la température extérieure au véhicule, une température des gaz de recirculation, un débit d'un mélange gazeux circulant via le refroidisseur d'air de suralimentation (31), un taux de recirculation des gaz d'échappement, ainsi qu'une durée de fonctionnement du moteur thermique (1) entre deux vidanges de condensats successives.