Brevet FR3030636A1 — publié le 20160624

Dispositif de recirculation des gaz d'échappement pour moteur à combustion interne de véhicule automobile L'invention concerne les dispositifs de recirculation des gaz d'échappement pour moteur à combustion interne de véhicules automobiles. Elle concerne, en particulier, le refroidissement des gaz d'échappement recirculés. Un circuit de recirculation des gaz d'échappement (EGR) est généralement présent dans les groupes motopropulseurs carburant au Diesel. La recirculation a pour but principal de diminuer les émissions d'oxyde d'azote dans l'atmosphère. Deux types de circuits EGR sont connus : les circuits EGR à haute pression et les circuits EGR à basse pression. Dans le circuit EGR à haute pression, les gaz de combustion sont captés en amont de la turbine du turbocompresseur, pour être ensuite réinjectés dans la chambre de combustion. Au contraire, dans le circuit à basse pression, les gaz de combustion sont récupérés à la sortie du filtre à particules placé en aval de la turbine du turbocompresseur. Ils sont refroidis, puis réinjectés en amont du compresseur. Les circuits EGR à basse pression sont généralement privilégiés car les températures des gaz d'échappement captés sont plus faibles, ce qui diminue la formation d'oxyde d'azote (N0x) lors de la combustion. Cependant, il existe deux situations particulières lors desquelles le circuit EGR à basse pression n'est plus fonctionnel. La première situation critique se produit lorsque le moteur est froid, au démarrage du véhicule notamment. Dans cette situation, l'ajout d'air frais dans la chambre de combustion entraîne une diminution de la température des gaz d'échappement qui induit une baisse de la température du catalyseur. Or, la catalyse des polluants nécessite une certaine température pour être efficacement effectuée. Si cette température n'est pas atteinte, le catalyseur n'est pas performant et des polluants sont rejetés dans l'atmosphère. La deuxième situation critique de l'utilisation du circuit EGR basse pression se produit lors de conditions météorologiques froides, en particulier lorsque la température extérieure est inférieure ou avoisine 0°C. Dans cette situation, l'utilisation du circuit EGR à basse pression conduit à la production de condensats acides dans l'air d'admission. Ces condensats sont formés lors du passage dans l'échangeur thermique air-air de suralimentation du moteur. Une solution consiste à équiper le circuit EGR haute pression d'un refroidisseur. Cependant, cette solution est encombrante et certaines architectures de moteur ne peuvent supporter de tels volumes supplémentaires. Une solution alternative est de remplacer l'échangeur air-air par un échangeur air-eau, ce qui permet de résoudre à la source le problème de la formation des condensats acides. Cependant, pour certaines architectures de véhicule, il n'y a pas suffisamment de place disponible pour utiliser un tel échangeur thermique. Le document KR20120130887 propose une solution dans laquelle le refroidisseur à haute pression et le refroidisseur à basse pression sont assemblés dans la même pièce. Le flux des gaz d'échappement issus du circuit à haute pression et le flux des gaz d'échappement issus du circuit à basse pression circulent en parallèle. Une telle solution n'est pas facilement intégrable sur tout type de véhicule car elle est encombrante. Une solution du même type est également proposée par le document JP2007315231. Ce document décrit un refroidisseur, dans lequel il est possible de faire passer simultanément les flux de gaz issus du circuit à haute pression et ceux du circuit à basse pression. Cependant, ce système est complexe, le refroidisseur possédant une multitude de vannes internes. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de recirculation des gaz d'échappement simple et efficace, dans lequel les gaz sont refroidis et restant fonctionnel dans des situations climatiques froides et lorsque le moteur est froid. L'invention a donc pour objet un dispositif de recirculation des gaz d'échappement pour moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur de suralimentation du moteur et d'un dispositif de post-traitement des effluents gazeux du moteur comprenant un premier circuit de recirculation des gaz d'échappement, raccordé à la sortie du filtre à particules placé en aval de la turbine du turbocompresseur et en amont du compresseur du turbocompresseur, et un deuxième circuit de recirculation des gaz d'échappement, raccordé en amont de la turbine du turbocompresseur et en amont d'un répartiteur d'admission d'air dans les cylindres du moteur. Le premier et le deuxième circuit de recirculation des gaz d'échappement comportent un conduit commun doté d'un refroidisseur. Cette disposition du refroidisseur permet l'utilisation d'un refroidisseur commun pour le premier circuit, à savoir le circuit à basse pression, et pour le deuxième circuit, c'est-à-dire le circuit à haute pression. Cela permet un gain de place dans le compartiment moteur et d'offrir un dispositif de recirculation de gaz d'échappement performant quelles que soient les conditions climatiques. Avantageusement, le dispositif comporte également des vannes aptes à diriger de manière sélective les gaz du premier ou du deuxième circuit de recirculation dans le refroidisseur. Ainsi l'échangeur conserve la même géométrie globale qu'un échangeur traditionnel de circuit basse pression, mais le conduit alimentant cet échangeur transporte sélectivement des gaz à haute ou à basse pression. Dans un mode de réalisation, parmi les vannes équipant le dispositif de recirculation des gaz d'échappement, on compte au moins une vanne trois voies. Cette vanne trois voies permet de sélectionner de manière simple le flux de gaz passant dans le refroidisseur. En effet, une telle vanne a la particularité de posséder trois embranchements. Un embranchement de sortie est fixé au conduit alimentant le refroidisseur en gaz, les deux embranchements d'entrée sont respectivement connectés au premier circuit de recirculation à basse pression et au deuxième circuit de recirculation des gaz à haute pression. Ainsi, en ouvrant sélectivement l'une ou l'autre des entrées, il est possible de faire circuler l'un ou l'autre des flux de gaz. Le circuit à haute pression possède donc une première branche partant en amont de la turbine du turbocompresseur et entrant dans le refroidisseur et une deuxième branche partant en aval du refroidisseur et entrant dans les cylindres du moteur. Le circuit à basse pression, pour sa part, possède une première branche partant à la sortie du filtre à particules placé en aval de la turbine du turbocompresseur et entrant dans le même refroidisseur et une deuxième branche partant en aval du refroidisseur et alimentant le compresseur du turbocompresseur. La branche à haute pression capte les gaz en amont de la turbine. Les gaz sont chauds et comprimés, ils sont ensuite refroidis dans le refroidisseur puis introduits dans les cylindres du moteur après avoir été préalablement mélangés avec l'air frais comprimé. La branche à basse pression, quant à elle, capte les gaz à la sortie du filtre à particules placé en aval de la turbine. Les gaz sont détendus et moins chauds que ceux de la branche à haute pression. Ils sont refroidis en passant au travers du refroidisseur puis mélangés avec l'air frais en amont du compresseur. L'invention porte également sur un moteur de véhicule automobile comprenant un dispositif de recirculation des gaz d'échappement tel que défini précédemment. L'invention porte aussi sur un procédé de pilotage d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement dans lequel on commande des vannes pour diriger de manière sélective les gaz du premier ou du deuxième circuit dans le refroidisseur. Un tel procédé de pilotage des vannes permet une utilisation optimale des deux circuits de recirculation de gaz. Ainsi, selon les conditions climatiques et la température du moteur, on commande les vannes pour diriger le flux de gaz à haute pression ou le flux de gaz à basse pression dans le refroidisseur. On pourrait également commander un mélange des gaz à basse et à haute pression afin d'optimiser le fonctionnement du moteur et de minimiser les émissions de polluants. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de deux modes de réalisation de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels -la figure 1 représente un moteur pourvu d'un dispositif de recirculation des gaz selon un premier mode de réalisation de l' invention, -la figure 2 représente un moteur pourvu d'un dispositif de recirculation des gaz selon un deuxième mode de réalisation de l' invention. Le moteur 1 comporte un répartiteur 8a d'admission d'air dans les cylindres 8b alimenté en air frais par une ligne d'admission 22 et un collecteur d'échappement 8c qui récupère des gaz de combustion et qui communique avec une ligne d'échappement 11 munie d'un dispositif de post-traitement des effluents gazeux 10. Ce dispositif de post-traitement 10 comporte, par exemple, des filtres à particules. La ligne d'admission d'air 22 est équipée d'un filtre à air 2 et d'un débitmètre 3. L'air admis dans le moteur est comprimé par un compresseur 4 d'un turbocompresseur 5. Un refroidisseur de suralimentation air-air 6 est disposé en aval du compresseur 4. La ligne d'admission 22 comprend, également, un volet d'admission 7 placé en amont du répartiteur 8a. La ligne d'échappement 11 du moteur 1 est équipée d'une turbine 9 du turbocompresseur 5. Cette turbine 9 a pour fonction de détendre les effluents gazeux issus du moteur 1. La ligne d'échappement 11 est, également, équipée d'un volet d'échappement 12. Un dispositif de recirculation des gaz d'échappement 13 permet de capter les effluents gazeux en sortie du moteur 1 pour les réinjecter dans le moteur 1 après les avoir mélangés à de l'air frais. Ce dispositif 13 comprend deux circuits, un circuit à basse pression 14, raccordé en sortie du filtre à particules placé à l'aval de la turbine 9 du turbocompresseur 5 et en amont du compresseur 4 du turbocompresseur 5, et un circuit à haute pression 15, raccordé en amont de la turbine 9 du turbocompresseur 5 et en amont d'un répartiteur d'admission 8a d'air dans les cylindres 8b du moteur 1. Ces deux circuits possèdent un conduit 16 commun doté d'un refroidisseur 17. Le circuit à basse pression 14 capte les gaz d'échappement à la sortie d'un filtre à particules placé en aval de la turbine 9. Les gaz détendus sont refroidis lors de leur passage dans le refroidisseur 17. Ils passent ensuite par une vanne 18 du circuit de recirculation à basse pression 14, pour venir se mélanger avec l'air frais et alimenter le compresseur 4. Le circuit à haute pression 15, quant à lui, capte les gaz en amont de la turbine 9. Ces gaz sont également amenés dans le refroidisseur 17. Une vanne trois voies 19 montée au confluent du circuit à haute pression 15 et du circuit à basse pression 14, en amont du refroidisseur 17, permet de sélectionner le flux de gaz d'échappement passant dans le refroidisseur 17. Le circuit à haute pression 15 se poursuit en aval du refroidisseur par un conduit 20 portant les gaz d'échappement au travers d'une vanne 21 du circuit EGR à haute pression jusqu'au répartiteur 8a. Un tel agencement du dispositif de recirculation permet d'avoir un refroidisseur 17 unique pour les deux circuits à haute et à basse pression 15 et 14. Selon la situation dans laquelle se trouve le véhicule, on choisit d'utiliser l'un ou l'autre des circuits. Si l'on souhaite effectuer la recirculation des gaz d'échappement via le circuit à haute pression 15, on oriente la vanne trois voies 19 de manière à faire passer les gaz d'échappement captés en amont de la turbine 9 dans le refroidisseur 17. Les gaz détendus sont, quant à eux, rejetés dans l'atmosphère, la vanne trois voies 19 empêchant leur passage dans le refroidisseur 17. La vanne 18 en sortie du refroidisseur 17 est également fermée. Les gaz refroidis sont donc dirigés au travers de la vanne 21 ouverte pour alimenter les cylindres 8b du moteur 1. Si l'on souhaite utiliser le circuit à basse pression 14, on oriente la vanne trois voies 19 de manière à autoriser le passage des gaz détendus et empêcher l'arrivée de gaz captés en amont de la turbine 9. Ces gaz sont introduits dans le refroidisseur 17 en passant par le conduit 16. La vanne 21 est maintenue fermée et la vanne 18 est maintenue ouverte. Les gaz de recirculation sont donc mélangés à l'air frais en amont du compresseur 4. La figure 2 illustre un schéma d'un moteur 1 équipé d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement 15 selon un autre mode de réalisation. Les éléments communs aux figures 1 et 2 portent les mêmes références. Ce dernier mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la vanne trois voies 19 est substituée par deux vannes 22 et 23. La vanne 22 est montée sur le circuit à haute pression 15 du dispositif de recirculation 13 en amont du conduit commun 16. De manière analogue, la vanne 23 est montée sur le circuit à basse pression 14 en amont du conduit commun 16. L'actionnement conjoint de ces deux vannes 22 et 23 a un effet équivalent à celui produit par l'actionnement de la vanne trois voies 19 de la figure 1. Ainsi, pour permettre le passage des gaz détendus dans le refroidisseur, on ouvre la vanne 23 et on clôt la vanne 22. Si au contraire, on souhaite refroidir les gaz captés en amont de la turbine 9, alors on ouvre la vanne 22 et on ferme la vanne 23. L'invention permet donc un traitement efficace des polluants et assure un fonctionnement optimal du moteur d'un véhicule automobile, en proposant un dispositif de recirculation des gaz d'échappement possédant deux circuits, le premier à basse pression et le deuxième à haute pression. Ce dispositif a la particularité de posséder un refroidisseur commun aux deux circuits. Ainsi, selon la situation climatique ou en fonction de la température du moteur, les gaz de l'un ou de l'autre circuit passent au travers du refroidisseur. Lorsque le moteur est froid, par exemple en phase de démarrage, on utilise seulement des gaz EGR provenant du circuit EGR haute pression sans passer les gaz dans le refroidisseur. Pour cela, on dispose d'une vanne 25 placée sur un conduit 24 reliant l'amont de la turbine 9 à la branche 15 du circuit à haute pression. Dans le cas du premier mode de réalisation illustré par la figure 1, on ouvre la vanne 25 et on maintient fermée la vanne 19 pendant la phase d'utilisation des gaz EGR haute pression non refroidis. Dans le cas du deuxième mode de réalisation illustré par la figure 2, on ouvre la vanne 25 et on maintient fermées les vannes 22 et 23 pendant la phase d'utilisation des gaz EGR haute pression non refroidis. REVENDICATIONS1. Dispositif de recirculation des gaz d'échappement pour moteur (1) à combustion interne équipé d'un turbocompresseur (5) de suralimentation du moteur et d'un dispositif (10) de post-traitement des effluents gazeux du moteur comprenant un premier circuit de recirculation des gaz d'échappement, raccordé à la sortie d'un filtre à particules placé en aval de la turbine du turbocompresseur et en amont du compresseur du turbocompresseur, et un deuxième circuit de recirculation des gaz d'échappement, raccordé en amont de la turbine du turbocompresseur et en amont d'un répartiteur d'admission d'air dans les cylindres du moteur, caractérisé en ce que le premier et le deuxième circuits de recirculation des gaz d'échappement comportent un conduit (16) commun doté d'un refroidisseur (17). 2. Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 1, comportant des vannes aptes à diriger de manière sélective les gaz du premier circuit de recirculation ou les gaz du deuxième circuit de recirculation dans le refroidisseur (17). 3. Dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 2, dans lequel, parmi les vannes, on compte au moins une vanne trois voies (19). 4. Moteur de véhicule automobile comprenant un dispositif de recirculation des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Procédé de pilotage d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel on commande des vannes pour diriger de manière sélective les gaz du premier circuit de recirculation ou les gaz du deuxième circuit de recirculation dans le refroidisseur.