Brevet FR3046633A1 — publié le 20170714

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE COMPRENANT UN SYSTEME DE RECYCLAGE DE GAZ D'ECHAPPEMENT [0001] L'invention a trait au domaine des véhicules automobiles. Elle concerne, plus précisément, le recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne monté sur un véhicule automobile. [0002] Un moteur à combustion interne comprend généralement un collecteur d'admission, dans lequel circule un gaz à destination d'une chambre de combustion du moteur. [0003] Le moteur comprend également un collecteur d'échappement, dans lequel circulent les gaz d'échappement provenant de la chambre de combustion. [0004] La combustion du carburant génère des substances inoffensives, comme la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone ou l'azote, mais aussi des 15 émissions nocives, comme le monoxyde de carbone (CO), les oxydes d'azote (NOx) et les particules d'hydrocarbures (HC). [0005] Ces substances toxiques ne représentent qu'une faible part de l'ensemble des émissions d'un moteur moderne. La plus grande partie des gaz d'échappement se compose d'azote, d'eau et de dioxyde de carbone. 20 [0006] Il est essentiel que cette petite quantité de substances toxiques soit neutralisée. [0007] Pour diminuer la formation d'oxydes d'azote (NOx), les moteurs peuvent être équipés d'un circuit de recyclage des gaz d'échappement. Ce dispositif est géré par le calculateur de contrôle moteur, en boucle fermée 25 sur une consigne du débitmètre. [0008] Les gaz d'échappement puisés dans le collecteur d'échappement sont transférés vers le circuit d'admission, au travers d'une vanne. La vanne est actionnée par une électrovanne, pilotée proportionnellement par le calculateur du contrôle moteur. Le calculateur du contrôle moteur mesure 30 la quantité d'air frais admis, grâce au débitmètre, et détermine le taux de recyclage des gaz d'échappement. [0009] Les systèmes de recyclage des gaz d'échappement présentent pour avantages : de réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx), 35 - de satisfaire aux normes européennes de pollution, 3046633 2 de ralentir la vitesse de combustion, par la diminution de la proportion d'oxygène dans les gaz, de réduire la capacité thermique des gaz, et donc diminuer leur température lors de la combustion. 5 [0010] Cependant, les systèmes de recyclage des gaz d'échappement sont encombrants, et doivent pouvoir s'insérer dans un espace limité de l'enceinte du moteur. [0011] Le document US 4615324 décrit un moteur à combustion interne comprenant une chambre de combustion alimentée en gaz par un conduit 10 d'admission, le moteur comprenant un circuit de recyclage des gaz d'échappement, muni d'un trou de communication disposé sous le conduit d'admission, de sorte à écouler les gaz d'échappement issus de la chambre à combustion, au moyen d'un tuyau de communication. [0012] Cependant, le circuit de recyclage des gaz d'échappement ne va pas sans inconvénients. En effet, ce circuit est soumis à des contraintes thermiques, puisque les gaz d'échappement sont à haute température et que ces gaz d'échappement sont réintroduits dans la chambre de combustion, ce qui se traduit par une perte de puissance du moteur à combustion interne. [0013] Un premier objectif est de proposer un système de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne qui soit compact, et puisse facilement s'intégrer dans l'enceinte du moteur, sans devoir réduire certains composants du moteur. [0014] Un deuxième objectif est de proposer un système de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, permettant de refroidir les gaz d'échappement avant de les réintroduire dans la chambre de combustion. [0015] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un moteur à combustion interne comprenant : - un bloc moteur comportant au moins un cylindre ; - une culasse, munie d'au moins un conduit d'admission et un conduit d'échappement, et définissant avec le cylindre une chambre de combustion - un collecteur d'admission, comportant au moins un tuyau d'admission relié à un plénum ; - un collecteur d'échappement, relié au conduit d'échappement ; 3046633 3 un système de recyclage de gaz d'échappement relié au collecteur d'admission et au conduit d'admission, le système comprenant un échangeur de chaleur. [0016] Avantageusement, un tel système permet de réacheminer une 5 partie des gaz d'échappement émanant d'une chambre de combustion, pour les réinjecter dans cette chambre de combustion en passant par un conduit d'admission. [0017] Ce système permet de refroidir les gaz d'échappement, avant de les réintroduire dans un conduit d'admission. 10 [0018] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - le système comprend au moins un profilé solidaire de l'échangeur de chaleur et relié, d'une part, au conduit d'admission et, d'autre part, au tuyau d'admission ; 15 le système comprend un support de liaison, solidaire de l'échangeur de chaleur ; - le système comprend une vanne, connectée au support de liaison, et apte à gérer le débit des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur ; - la culasse est creusée d'un canal de déviation ; 20 - le collecteur d'échappement comprend un tuyau primaire de déviation, débouchant dans le canal de déviation ; - le système comprend un tuyau secondaire de déviation, relié au canal de déviation et au support de liaison ; - le support de liaison intègre un filtre à air ; 25 le support de liaison est creusé d'un passage pour l'introduction des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur ; - le système comprend un canal d'écoulement, creusé dans l'échangeur de chaleur, prolongé d'au moins un tuyau d'écoulement débouchant dans le profilé. 30 [0019] Il est proposé, en second lieu, un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins 35 annexés dans lesquels : 3046633 4 - la figure 1 est une vue en perspective d'un véhicule automobile (en traits pointillés) comprenant moteur à combustion interne (en traits gras continus), - la figure 2 est une vue en perspective éclatée, vue de haut, du 5 moteur de la figure 1, équipé d'un système de recyclage de gaz d'échappement, - la figure 3 est une vue en perspective, vue de haut, du moteur de la figure 1, équipé du système de recyclage de gaz d'échappement. - la figure 4 est une vue en coupe, selon le plan de coupe IV-IV, du 10 moteur de la figure 3, équipé du système de recyclage de gaz d'échappement, - la figure 5 est une vue en coupe, selon le plan de coupe V-V, du moteur de la figure 3, équipé du système de recyclage de gaz d'échappement, 15 - la figure 6 est une vue en perspective, vue de haut, du système de recyclage de gaz d'échappement. [0021] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile (en traits pointillés) comprenant un moteur 2 à combustion interne (en traits gras continus). 20 [0022] On définit par rapport au véhicule 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir : - un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, confondue avec la direction générale de déplacement du véhicule, - un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec 25 l'axe X définit un plan XY horizontal, - un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal. [0023] Dans la suite de la description et en référence au repère défini ci- dessus, les termes « longitudinal » ou « longitudinalement » font référence 30 à une direction confondue avec l'axe X, les termes « transversal » ou « transversalement » font référence à une direction confondue avec l'axe Y, et les termes « vertical » ou « verticalement » font référence à une direction confondue avec l'axe Z. [0024] Tel qu'illustré sur la figure 2, le moteur 2 à combustion interne 35 comprend un bloc 3 moteur, creusé d'au moins un cylindre 4 et sur lequel est déposée une culasse 5. 3046633 5 [0025] Le cylindre 4 et la culasse 5 forment ensemble une chambre 6 de combustion. [0026] Le moteur 2 comprend un collecteur 7 d'admission, pour injecter un gaz dans la chambre 6 de combustion, et un collecteur 8 5 d'échappement, pour évacuer les gaz d'échappement provenant de la chambre 6 de combustion. [0027] Le collecteur 7 d'admission est avantageusement réalisé en un matériau synthétique (polymère, composite) dans le but de réduire sa masse. En variantes, le collecteur 7 d'admission est métallique (par 10 exemple fonte d'acier ou d'aluminium). [0028] Un système 9 de recyclage des gaz d'échappement est implanté entre la culasse 5 du moteur 2 et le collecteur 7 d'admission. [0029] Avantageusement, le système 9 est métallique, dans le but de résister aux contraintes thermiques auxquelles il est associé. 15 [0030] La figure 3 illustre le moteur 2 totalement assemblé à ses composants, ainsi qu'au système 9 de recyclage des gaz d'échappement. Le système 9 de recyclage des gaz d'échappement est disposé sous le collecteur 7 d'admission, et occupe un espace très faible, permettant d'éviter la mise en place d'un aménagement spécifique dans l'enceinte du 20 moteur 2, avec la réduction du le volume du moteur 2 qui en découlerait. [0031] Tel qu'illustré sur la figure 4, la culasse 5 est creusée d'une pluralité de conduits 10 d'admission, et d'une pluralité de conduits 11 d'échappement, les conduits 10 d'admission étant reliés au système 9 et les conduits 11 d'échappement étant reliés au collecteur 8 d'échappement. 25 [0032] Le collecteur 7 d'admission comprend à son extrémité supérieure un plénum 12. Le plénum 12 est un volume permettant l'accumulation d'un gaz, avant de l'introduire dans des tuyaux 13 d'admission s'étendant depuis le plénum 12. [0033] Le plénum 12 permet d'optimiser les performances du moteur 2, 30 tout en réduisant sa consommation en carburant. [0034] Dans le cas présent, le gaz est de l'air, et son acheminement est symbolisé en figure 4 par une série de flèches hachurées (nuage de points), partant du plénum 12, traversant les tuyaux 13 d'admission, le système 9, les conduits 10 d'admission, pour finir dans la chambre 6 de 35 combustion. 3046633 6 [0035] L'ouverture d'une soupape d'admission permet l'introduction d'un mélange constitué d'air et de carburant injecté, à l'intérieur de la chambre 6 de combustion. [0036] Simultanément, un piston coulissant dans le cylindre 4 va 5 descendre pour atteindre sa position basse, communément appelée point mort bas (PMB). [0037] La descente du piston va entraîner l'aspiration du mélange d'air et de carburant dans la chambre 6 de combustion. [0038] Une fois que le piston est en position basse, la soupape 10 d'admission se referme, puis le piston remonte, pour comprimer le mélange d'air et de carburant. [0039] Lorsque le piston atteint sa position haute, appelée point mort haut (PMH), une bougie d'allumage, connectée à un système d'allumage haute tension, produit une étincelle, entraînant la combustion du mélange 15 d'air et de carburant. [0040] Les gaz chauds produits par la combustion vont alors repousser le piston en position basse. [0041] Une soupape d'échappement va ensuite s'ouvrir, pour laisser s'échapper les gaz d'échappement au travers des conduits 11 20 d'échappement. [0042] L'extraction des gaz d'échappement est symbolisée par une flèche noire en figure 4. [0043] Tel qu'illustré sur la figure 5, le collecteur 8 d'échappement comprend une pluralité de tuyaux 14 d'échappement, faisant directement 25 face aux conduits 11 d'échappement de la culasse 5. [0044] Le collecteur 8 d'échappement permet de faire circuler les gaz d'échappement vers le circuit d'échappement du moteur 2, ou de les acheminer vers le système 9. [0045] Les tuyaux 14 d'échappement se joignent pour former un canal 15 30 d'échappement s'étendant verticalement, et duquel un tuyau 16 primaire de déviation est connecté, pour reconduire une partie des gaz d'échappement au travers d'un canal 17 de déviation, creusé dans la culasse 5. [0046] Le système 9 comprend un tuyau 18 secondaire de déviation, pour acheminer les gaz d'échappement de la culasse 5 au système 9. 35 L'acheminement des gaz d'échappement à travers la culasse 5 jusqu'au système 9 est symbolisé par une série de flèches noires en figure 5. 3046633 7 [0047] Tel qu'illustré sur la figure 6, le système 9 comprend un support 19 de liaison, permettant de connecter le tuyau 18 secondaire de déviation au système 9. [0048] Le support 19 de liaison intègre un filtre 20 à air, pour retirer les 5 particules indésirables contenues dans les gaz d'échappement. [0049] Le support 19 de liaison comprend une vanne 21, permettant de gérer le débit des gaz d'échappement circulant au travers d'un passage 22 creusé dans le support 19 de liaison, ce passage 22 permettant de faire circuler les gaz d'échappement à l'intérieur d'un échangeur 23 de chaleur, 10 comme l'indiquent des flèches blanches en figure 6. [0050] Avantageusement, la vanne 21 est implantée de sorte à ce que l'arrivée des gaz d'échappement, en provenance de la culasse 5, se fasse sous la vanne 21, ce qui permet d'éviter l'encrassement du moteur 2. [0051] L'échangeur 23 de chaleur permet d'abaisser la température des 15 gaz d'échappement, avant la formation de condensats qui retombent par gravité dans un canal 24 d'écoulement, ce canal 24 d'écoulement se divisant en plusieurs tuyaux 25 d'écoulement conduisant à l'intérieur d'une pluralité de profilés 26, comme on peut le voir sur le médaillon de la figure 4. 20 [0052] La circulation des gaz d'échappement refroidis par l'échangeur est symbolisée en figure 6 par une série de flèches hachurées (alvéoles). [0053] L'échangeur 23 de chaleur est un volume dans lequel des échanges thermiques ont lieu, ces échanges thermiques pouvant être assurés par des tubulures internes, associées à des ailettes sur l'extérieur 25 du volume. [0054] De plus, l'échangeur 23 de chaleur est disposé de sorte à former une pente 27 à l'intérieur de son volume, favorisant ainsi l'écoulement des condensats, par gravité, vers les profilés 26. [0055] Les profilés 26 permettent de connecter la culasse 5 au collecteur 30 7 d'admission. En effet, chaque profilé 26 fait face à un conduit 10 d'admission et à un tuyau 13 d'admission. [0056] Le système 9 décrit ci-dessus présente les avantages suivants. [0057] Le système 9 permet d'apporter au moteur 2 un moyen de recyclage de ses gaz d'échappement, sans avoir besoin de modifier le 35 volume général du moteur, ou sans avoir besoin de créer un espace encombrant dédié à l'implantation du système 9. 3046633 8 [0058] Le système 9 permet de refroidir les gaz d'échappement, avant de les injecter à nouveau dans le moteur 2, favorisant ainsi la diminution des oxydes d'azote (NOx) dans la chambre 6 de combustion. [0059] L'agencement du système 9 permet un écoulement continu par 5 gravité des condensats formés dans l'échangeur 23 de chaleur, et permet également de réduire l'encrassement du moteur 2. REVENDICATIONS1. Moteur (2) à combustion interne comprenant : un bloc (3) moteur comportant au moins un cylindre (4) ; - une culasse (5) munie d'au moins un conduit (10) d'admission et un conduit (11) d'échappement, et définissant avec le cylindre (4) une chambre (6) de combustion un collecteur (7) d'admission comportant au moins un tuyau (13) d'admission relié à un plénum (12) ; - un collecteur (8) d'échappement relié au conduit (11) d'échappement ; un système (9) de recyclage de gaz d'échappement relié au collecteur (7) d'admission et au conduit (10) d'admission, le moteur (2) étant caractérisé en ce que le système (9) comprend un échangeur (23) de chaleur. 2. Moteur (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (9) comprend au moins un profilé (26), solidaire de l'échangeur (23) de chaleur et relié, d'une part, au conduit (10) d'admission et, d'autre part, au tuyau (13) d'admission 3. Moteur (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système (9) comprend un canal (24) d'écoulement creusé dans l'échangeur (23) de chaleur, prolongé d'au moins un tuyau (25) d'écoulement débouchant dans le profilé (26). 4. Moteur (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système (9) comprend un support (1`9) de liaison, solidaire de l'échangeur (23) de chaleur. 5. Moteur (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce' que le système (9) comprend une vanne (21), connectée au support (19) de liaison, et apte à gérer le débit des gaz d'échappement dans l'échangeur (23) de chaleur. 3046633 10 6. Moteur (2) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la culasse (5) est creusée d'un canal (17) de. déviation. 7. Moteur (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le collecteur (8) d'échappement comprend un tuyau (16) primaire de déviation, débouchant dans le canal (17) de déviation. 8. Moteur (2) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, 10 caractérisé en ce que le système (9) comprend un tuyau (18) secondaire de déviation, relié au canal (17) de déviation et au support (19) de liaison. 9. Moteur (2) selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le support (19) de liaison intègre un filtre (20) à air. 10. Moteur (2) selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le support (19) de liaison est creusé d'un passage (22), pour l'introduction des gaz d'échappement dans l'échangeur (23) de chaleur. 15 20