Brevet FR3048731A1 — publié le 20170915

SYSTEME DE RECIRCULATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles. [0002] Dans un moteur à combustion interne, les quatre temps du cycle thermodynamique - admission de gaz combustible et d'air, compression du mélange gazeux, détente due à l'explosion du mélange, échappement - se déroulent successivement dans des enceintes des cylindres du moteur thermique, dites chambres de combustion. Les gaz introduits dans ces chambres de combustion sont constitués d'une part d'air et d'autre part d'essence ou de gasoil, selon des proportions dosées de manière adéquate suivant les moteurs et les systèmes d'allumage utilisés. Le mélange gazeux est alors enflammé dans la chambre de combustion. [0003] Les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. [0004] Une grande partie des polluants générés par un moteur à combustion interne est due à une combustion incomplète du carburant. Pour réduire les rejets polluants pénétrant dans la ligne d'échappement, il est connu d'utiliser un système dit EGR (acronyme pour "Exhaust Gas Recirculation") permettant de faire re-circuler une partie des gaz d'échappement vers la conduite d'admission du moteur thermique. [0005] Ce système de type EGR comporte un échangeur de chaleur, dit échangeur EGR, comportant un dispositif de refroidissement formé par un ensemble de tubes dans lesquels sont aptes à circuler les gaz d'échappement, ainsi qu'une conduite de dérivation des gaz d'échappement permettant aux gaz de court-circuiter le dispositif de refroidissement. Une vanne d'EGR permet de gérer la quantité de gaz d'échappement réinjecté à l'admission. En outre, un volet permet de gérer la quantité de gaz 3048731 2 d'échappement circulant dans le dispositif de refroidissement et la quantité de gaz passant par la conduite de dérivation. [0006] L'invention vise à optimiser la configuration d'un tel système en proposant un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant: 5 - un échangeur de chaleur, dit échangeur EGR, comportant un corps contenant: - un dispositif de refroidissement formé par un ensemble de tubes dans lesquels sont aptes à circuler les gaz d'échappement, et - une conduite de dérivation des gaz d'échappement permettant aux gaz de court-circuiter le dispositif de refroidissement, 10 tel que le système comporte en outre une conduite de court-circuit permettant à un liquide de refroidissement de court-circuiter un radiateur du moteur thermique, la conduite de court-circuit étant intégrée au corps de l'échangeur. [0007] Par "intégrée", on entend le fait que la conduite de court-circuit est monobloc avec le corps de l'échangeur, en sorte que la conduite de court-circuit et le corps de 15 l'échangeur forment une seule et même pièce. [0008] L'invention permet ainsi, en intégrant la conduite de court-circuit au corps de l'échangeur, de réduire l'encombrement et de simplifier le montage de la fonction de court-circuit du radiateur du moteur thermique lors d'une phase de montée en température de ce dernier. 20 [0009] Selon une réalisation, l'échangeur et la conduite de court-circuit ont une paroi commune. [0010] Selon une réalisation, une sortie de liquide de refroidissement de l'échangeur est constituée par une ouverture traversante réalisée dans la paroi commune et débouchant dans la conduite de court-circuit. Du fait de la récupération du liquide réchauffé par les gaz 25 d'échappement, une telle configuration permet d'accélérer la montée en température du moteur thermique. [0011] Selon une réalisation, le système comporte en outre une vanne apte à gérer une quantité de gaz d'échappement passant à travers l'échangeur. [0012] Selon une réalisation, la vanne est associée à une entrée de liquide de 30 refroidissement et à une sortie de liquide de refroidissement connectée à la conduite de court-circuit via un piquage. 3048731 3 [0013] Selon une réalisation, le système comporte un dispositif de commande comprenant un moteur électrique associé à un volet porté par un axe monté rotatif par rapport au corps, le volet étant apte à diriger, suivant son positionnement angulaire, les gaz d'échappement vers la conduite de dérivation des gaz d'échappement ou vers le 5 dispositif de refroidissement. [0014] L'invention a également pour objet un moteur thermique comportant un système de recirculation des gaz d'échappement tel que défini précédemment. [0015] L'invention a également pour objet un véhicule, notamment véhicule automobile, comportant le moteur décrit plus haut. 10 [0016] 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. [0017] La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de moteur thermique équipée du système de recirculation des gaz d'échappement selon la présente 15 invention; [0018] La figure 2 est une vue en perspective du système de recirculation des gaz d'échappement selon la présente invention; [0019] La figure 3 est une vue en coupe transversale de l'échangeur selon la présente invention et de la conduite de court-circuit associée dans laquelle circule le liquide de 20 refroidissement court-circuitant le radiateur du moteur thermique; [0020] La figure 4 est une vue en perspective et en coupe du système de recirculation des gaz d'échappement selon la présente invention illustrant la communication entre la conduite de court-circuit et l'intérieur du volume de l'échangeur; [0021] La figure 5 est une vue en perspective du système de recirculation des gaz 25 d'échappement selon la présente invention sans le corps de l'échangeur; [0022] Les figures 6a et 6b sont des vues en coupe transversales de l'échangeur et de la conduite de court-circuit selon la présente invention illustrant respectivement le positionnement d'une entrée et d'une sortie de liquide de refroidissement de l'échangeur. 3048731 4 [0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0024] La figure 1 montre une architecture 1 comportant un moteur à combustion interne 5 suralimenté par un turbocompresseur 2 comprenant un compresseur 3 et une turbine 4. 5 Le compresseur 3 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur 5. A cet effet, le compresseur 3 est disposé sur une conduite d'admission 8 en amont du moteur 5. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation la turbine 4 disposée sur une conduite d'échappement 9, laquelle entraîne alors en rotation le compresseur 3 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement. 10 Une vanne 15 de commande de turbocompresseur 2 située en amont de la turbine 4 permet de gérer la quantité de gaz d'échappement circulant à travers la turbine 4 et la quantité de gaz passant par une conduite de décharge 16. [0025] De manière à maintenir la densité de l'air acquise en sortie du compresseur 3, on utilise un échangeur de chaleur 10 dit RAS (pour Refroidisseur d'Air de Suralimentation) 15 apte à refroidir l'air circulant dans la conduite d'admission 8. L'échangeur 10 est monté en aval du compresseur 3 et en amont d'un doseur d'air 18. [0026] Par ailleurs, un système 23 de recirculation des gaz d'échappement (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) établit une mise en communication d'un collecteur d'échappement 20 avec la conduite d'admission 8, et un échangeur de chaleur 20 14, dit échangeur EGR, des gaz d'échappement. Une vanne d'EGR 25 permet de gérer la quantité de gaz d'échappement réinjectée à l'admission. En outre, un volet 12 associé à un actionneur électrique 19 est apte à gérer la quantité de gaz d'échappement circulant dans un dispositif de refroidissement 34 et dans une conduite de dérivation 21, comme cela est décrit plus en détails ci-après. 25 [0027] Ainsi, une partie des gaz d'échappement du moteur thermique 5 est rejetée vers l'extérieur du véhicule automobile à travers la conduite d'échappement 9 et une autre partie des gaz est recyclée. La quantité de gaz devant être remise en circulation est contrôlée par la vanne d'EGR 25, qui dans des circonstances déterminées peut être fermée et ne rien laisser re-circuler, par exemple dans le cas d'une situation de puissance 30 maximale du moteur thermique 5. [0028] Plus précisément, comme cela est représenté sur la figure 2, l'échangeur EGR 14 comporte un corps 13 muni à ses extrémités d'une interface d'entrée 30 en communication 3048731 5 avec le collecteur d'échappement 20 du véhicule automobile via la vanne d'EGR 25 ainsi que d'une interface de sortie 31 en communication avec la conduite d'admission 8 du moteur thermique 5. Afin d'assurer son refroidissement, la vanne 25 est associée à une entrée 32 de liquide de refroidissement et à une sortie 33 de liquide de refroidissement 5 connectée à la conduite de court-circuit 38 via un piquage 42. [0029] Comme on peut le voir clairement sur les figures 3, 4, 6a et 6b, le corps 13 de l'échangeur 14 délimite un volume rempli de liquide de refroidissement. Le corps 13 contient un dispositif de refroidissement 34 formé par un ensemble de tubes 35 dans lesquels sont aptes à circuler les gaz d'échappement. Le corps 13 contient également la 10 conduite de dérivation 21 des gaz d'échappement permettant aux gaz de court-circuiter le dispositif de refroidissement 34. [0030] Le système 23 comporte en outre une conduite de court-circuit 38 court-circuitant un radiateur 17 du moteur thermique 5. En effet, lors d'un démarrage du moteur thermique 5, la conduite 38 court-circuite le radiateur 17 du moteur thermique 5 jusqu'à ce que le 15 moteur thermique 5 atteigne sa température de fonctionnement. Ainsi, tant que cette température n'est pas atteinte, un thermostat 19 reste fermé de telle façon que le liquide de refroidissement circule à travers la conduite de court-circuit 38 pour reboucler directement vers une pompe à eau 22 située en façade accessoire du véhicule. Une fois la température de fonctionnement atteinte, le thermostat 19 est ouvert pour autoriser une 20 circulation du liquide de refroidissement à l'intérieur du radiateur 17. [0031] Comme cela est bien visible sur les figures 3 et 4, la conduite de court-circuit 38 est intégrée au corps 13 de l'échangeur 14. Par "intégrée", on entend le fait que la conduite de court-circuit 38 est monobloc avec le corps 13 de l'échangeur 14, en sorte que la conduite de court-circuit 38 et le corps 13 de l'échangeur 14 forment une seule et même 25 pièce. La conduite de court-circuit 38 et le corps 13 de l'échangeur 14 pourront être réalisés dans la même matière. L'ensemble pourra alors être obtenu aisément par moulage par exemple. En variante, la conduite de court-circuit 38 est réalisée dans une matière différente de celle du corps 13 de l'échangeur 14. Le corps 13 et la conduite de court-circuit 38 pourront être réalisés en métal et/ou dans un matériau plastique, le choix 30 du matériau dépendant de l'application. De préférence, l'échangeur 14 et la conduite de court-circuit 38 ont une paroi commune 39, ce qui permet de minimiser l'encombrement de l'ensemble. 3048731 6 [0032] L'échangeur 14 est alimenté en liquide de refroidissement via une entrée 36 de liquide bien visible sur la figure 6a. La sortie 37 de liquide de refroidissement est constituée par une ouverture traversante réalisée dans la paroi commune 39 et débouchant dans la conduite de court-circuit 38, comme cela est bien visible sur les 5 figures 4 et 6b. On établit ainsi une communication fluidique entre le volume interne de l'échangeur 14 et la conduite de court-circuit 38. Du fait de la récupération du liquide réchauffé par les gaz d'échappement dans la conduite de court-circuit 38, une telle configuration permet d'accélérer la montée en température du moteur thermique 5. [0033] Comme cela est représenté sur les figures 4 et 5, le système 23 comporte 10 également un dispositif de commande 24 comprenant un moteur électrique 6 associé au volet 12. Le volet 12 est porté par un axe 40 monté rotatif par rapport au corps 13 et est apte à diriger, suivant son positionnement angulaire, les gaz d'échappement vers la conduite de dérivation 21 des gaz d'échappement ou vers le dispositif de refroidissement 34. 15 [0034] La conduite de court-circuit 38 est en outre connectée à un collecteur 43 par l'intermédiaire d'un tuyau 44. A cet effet, la conduite de court-circuit 38 comprend à chacune de ses extrémités une interface de connexion 46 avec un tuyau 44 souple correspondant. [0035] L'invention permet ainsi, en intégrant la conduite de court-circuit 38 au corps 13 20 de l'échangeur 14, de réduire l'encombrement et de simplifier le montage de la fonction de court-circuit du radiateur 17 du moteur thermique 5 lors d'une phase de montée en température de ce dernier. REVENDICATIONS1. Système (23) de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique (5) comportant: - un échangeur de chaleur (14), dit échangeur EGR, comportant un corps (13) contenant: - un dispositif de refroidissement (34) formé par un ensemble de tubes (35) dans lesquels sont aptes à circuler lesdits gaz d'échappement, et - une conduite de dérivation (21) des gaz d'échappement permettant aux gaz de court-circuiter ledit dispositif de refroidissement (34), caractérisé en ce que ledit système (23) comporte en outre une conduite de court- circuit (38) permettant à un liquide de refroidissement de court-circuiter un radiateur (17) du moteur thermique (5), ladite conduite de court-circuit (38) étant intégrée audit corps (13) de l'échangeur (14). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur (14) et ladite conduite de court-circuit (38) ont une paroi commune (39). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une sortie (37) de liquide de refroidissement dudit échangeur (14) est constituée par une ouverture traversante réalisée dans la paroi commune (39) et débouchant dans ladite conduite de court-circuit (38). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit système (23) comporte en outre une vanne (25) apte à gérer une quantité de gaz d'échappement passant à travers ledit échangeur (14). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite vanne (25) est associée à une entrée (32) de liquide de refroidissement et à une sortie (33) de liquide de refroidissement connectée à ladite conduite de court-circuit (38) via un piquage (42). 3048731 8 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit système (23) comporte un dispositif de commande (24) comprenant un moteur électrique (6) associé à un volet (12) porté par un axe (40) monté rotatif par rapport au corps (13), ledit volet (12) étant apte à diriger, suivant son positionnement angulaire, 5 les gaz d'échappement vers ladite conduite de dérivation (21) des gaz d'échappement ou vers ledit dispositif de refroidissement (34). 7. Moteur thermique (5) comportant un système (23) de recirculation des gaz d'échappement tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Véhicule, notamment véhicule automobile, comportant le moteur (5) selon la 10 revendication précédente.