Brevet FR3049981A1 — publié le 20171013

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE COMPORTANT UNE CONDUITE DE REDIRECTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT INTEGREE A LA CULASSE [0001] La présente invention porte sur un moteur à combustion interne comportant une conduite de redirection des gaz d'échappement intégrée à la culasse. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, 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, 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 de 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 à combustion interne. [0005] A cet effet, le système EGR comporte une conduite de redirection de gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement vers l'admission du moteur après passage dans un échangeur de chaleur. 3049981 2 Une vanne EGR permet de gérer la quantité de gaz d'échappement réinjecté à l'admission. [0006] Une telle architecture est toutefois encombrante du fait de la présence de la conduite de redirection contournant la culasse. En outre, la température des gaz de 5 combustion en sortie du collecteur d'échappement étant élevée (entre 850 et 1050 degrés), il est nécessaire de mettre en oeuvre des dispositifs annexes pour refroidir les gaz d'échappement avant leur entrée dans la vanne EGR qui est limitée en tenue thermique. [0007] L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un moteur à combustion interne comportant: 10 - une culasse, - une conduite de redirection de gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement vers une admission du moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la conduite de redirection est intégrée à la culasse et connectée au 15 collecteur d'échappement via un piquage réalisé dans une paroi du collecteur d'échappement. [0008] L'invention permet ainsi, grâce à l'intégration de la conduite de redirection dans la culasse, d'augmenter la compacité du moteur. Cela facilite l'implantation d'autres fonctionnalités notamment pour minimiser l'émission de particules polluantes provenant du 20 moteur thermique. [0009] Selon une réalisation, la conduite de redirection s'étend entre deux noyaux d'eau. L'invention permet ainsi un gain thermique puisque les gaz provenant du collecteur d'échappement sont refroidis par les noyaux d'eau. La vanne EGR peut alors fonctionner à des températures moins contraignantes thermiquement. 25 [0010] Selon une réalisation, les noyaux d'eau correspondent respectivement à un noyau d'eau supérieur et à un noyau d'eau inférieur de la culasse. [0011] Selon une réalisation, le collecteur d'échappement est intégré à la culasse. [0012] Selon une réalisation, une sortie de la conduite de redirection est en communication avec une vanne, dite vanne EGR, apte à gérer une quantité de gaz 3049981 3 d'échappement passant à travers un échangeur de chaleur lequel est en communication avec un répartiteur d'admission du moteur à combustion interne. [0013] Selon une réalisation, le moteur à combustion interne comporte un support rapporté fixé sur la culasse et destiné à recevoir la vanne EGR. 5 [0014] Selon une réalisation, le support comporte une première interface de fixation pour autoriser une fixation du support sur la culasse de manière qu'une ouverture d'entrée de la vanne soit positionnée en face d'une extrémité de sortie de la conduite de redirection. [0015] Selon une réalisation, le support comporte une deuxième interface de fixation pour autoriser une fixation de l'échangeur de chaleur sur le support de manière qu'une 10 ouverture de sortie de la vanne soit positionnée en face d'une entrée de l'échangeur de chaleur. [0016] L'invention à également pour objet un véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne tel que précédemment défini. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 15 l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0018] La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de moteur à combustion interne équipée d'un système de recirculation des gaz d'échappement selon la présente invention; 20 [0019] La figure 2 est une vue en perspective du système de recirculation des gaz d'échappement muni de sa vanne EGR et d'un échangeur en communication avec le répartiteur d'admission; [0020] Les figures 3 et 4 sont respectivement des vues de dessus et en perspective détaillée d'une culasse selon l'invention intégrant la conduite de redirection des gaz 25 d'échappement; [0021] La figure 5 est une vue en coupe de la culasse selon l'invention illustrant le positionnement de la conduite de redirection entre un noyau d'eau supérieur et un noyau d'eau inférieur de la culasse; 3049981 4 [0022] La figure 6 est une vue en perspective illustrant la fixation du support de la vanne EGR auquel est relié l'échangeur du système EGR selon l'invention. [0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 5 [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. 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 10 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. 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. 15 [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) 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] Le moteur à combustion interne 5 comporte une culasse 41 recouvrant un bloc- 20 cylindres et un joint de culasse monté entre ces deux éléments (non représentés). Le bloc- cylindres et la culasse 41 sont réalisés typiquement dans un alliage d'aluminium. Comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, la culasse 41 comporte des logements 26 pour le montage des ensembles bougie/injecteur. Pour chaque cylindre, la culasse 41 comporte deux passages 27 de soupapes d'admission et deux autres passages 28 de soupapes 25 d'échappement. En outre, la culasse 41 comporte également un circuit de refroidissement parcouru par un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau contenant de l'anti-gel. [0027] Par ailleurs, un système 23 de recirculation des gaz d'échappement (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) comporte une conduite de redirection 40 des gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement 20 vers l'admission 51 du moteur 5 après passage dans un échangeur 14. 3049981 5 [0028] Ainsi, une partie des gaz d'échappement du moteur 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 EGR 25 montée entre la sortie de la conduite de redirection 40 et l'échangeur de 5 chaleur 14 lequel est en communication avec le répartiteur d'admission 45 bien visible en figure 2. [0029] La conduite de redirection 40 est intégrée à la culasse 41 et connectée au collecteur d'échappement 20 via un piquage 43 bien visible en figure 4 réalisé dans une paroi du collecteur d'échappement 20. Par "intégrée", on entend le fait que la conduite de 10 redirection 40 est monobloc avec la culasse 41. La conduite de redirection 40 est en l'occurrence moulée avec la culasse 41 mais elle pourrait en variante être usinée dans la culasse 41. Le collecteur d'échappement 20 est également intégré à la culasse 41 en étant de préférence moulé avec la culasse 41. En variante, le collecteur d'échappement 20 pourra toutefois être rapporté par rapport à la culasse 41. 15 [0030] De manière obtenir un gain thermique lors du passage des gaz d'échappement à travers la conduite de redirection 40, la conduite 40 s'étend avantageusement entre deux noyaux d'eau, de préférence un noyau d'eau supérieur 49 et un noyau d'eau inférieur 50 de la culasse 41, comme cela est visible sur les figures 4 et 5. Les indications spatiales « supérieur » et « inférieur » se réfèrent au moteur en position de montage ou d'utilisation 20 dans un véhicule automobile disposé sur un plan horizontal. [0031] Ainsi, les gaz d'échappement provenant du collecteur d'échappement 20 sont refroidis par les deux noyaux d'eau 49, 50 jusqu'à la vanne EGR 25. Cette architecture permet de refroidir les gaz recirculés de l'ordre de 200°C, ce qui permet une meilleure tenue thermique de la vanne EGR 25. 25 [0032] Comme on peut le voir clairement sur la figure 6, un support rapporté 46, par exemple réalisé en aluminium, est fixé à la culasse 41 et est destiné à recevoir la vanne 25. A cet effet, le support 46 comporte une première interface de fixation 47 pour autoriser une fixation du support 46 sur la culasse 41, de manière qu'une ouverture d'entrée de la vanne 25 soit positionnée en face d'une extrémité de sortie de la conduite de redirection 30 40. A cet effet, la première interface de fixation 47 comporte des ouvertures pour le passage d'organes de fixation, tels que des vis, en trois ou quatre zones de fixation. 3049981 6 [0033] En outre, le support 46 comporte une deuxième interface de fixation 48 pour autoriser une fixation de l'échangeur de chaleur 14 sur le support 46, de manière qu'une ouverture de sortie de la vanne 25 soit positionnée en face d'une entrée de l'échangeur de chaleur 14. A cet effet, la deuxième interface de fixation 48 comporte des ouvertures pour 5 le passage d'organes de fixation, tels que des vis en trois ou quatre zones de fixation. [0034] Dans une variante de réalisation, le support d'interface 46 est intégré à la culasse 41. [0035] L'invention permet ainsi, grâce au positionnement de la conduite de redirection 40 à travers la culasse 41, d'augmenter la compacité du moteur, ce qui autorise l'intégration 10 par exemple d'autres fonctionnalités minimisant l'émission de polluant provenant d'un véhicule automobile. Par ailleurs, l'invention permet également un gain thermique puisque les gaz provenant du collecteur d'échappement 20 sont refroidis par les noyaux d'eau supérieur 49 et inférieur 50 de la culasse 41. [0036] Dans certaines configurations, l'échangeur EGR 14 pourra éventuellement 15 comporter une conduite de dérivation des gaz d'échappement permettant aux gaz de court-circuiter les conduits de refroidissement de l'échangeur 14 et un volet interne (non visible sur les figures) permettant de gérer la quantité de gaz recirculée qui sera refroidie par l'échangeur 14 et la quantité de gaz recirculée qui ne le sera pas. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne (5) comportant: - une culasse (41), - une conduite de redirection (40) de gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement (20) vers une admission (51) dudit moteur à combustion interne (5), caractérisé en ce que ladite conduite de redirection (40) est intégrée à ladite culasse (41) et connectée audit collecteur d'échappement (20) via un piquage (43) réalisé dans une paroi dudit collecteur d'échappement (20). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite conduite de redirection (40) s'étend entre deux noyaux d'eau (49, 50). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits noyaux d'eau (49, 50) correspondent respectivement à un noyau d'eau supérieur (49) et à un noyau d'eau inférieur (50) de ladite culasse (41). 4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit collecteur d'échappement (20) est intégré à ladite culasse (41). 5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une sortie de ladite conduite de redirection (40) est en communication avec une vanne (25) apte à gérer une quantité de gaz d'échappement passant à travers un échangeur de chaleur (14) lequel est en communication avec un répartiteur d'admission (45) dudit moteur à combustion interne (5). 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un support rapporté (46) fixé sur ladite culasse (41) et destiné à recevoir ladite vanne (25). 7. Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit support (46) comporte une première interface de fixation (47) pour autoriser une fixation dudit support (46) sur ladite culasse (41) de manière qu'une ouverture d'entrée de ladite vanne (25) soit positionnée en face d'une extrémité de sortie de ladite conduite de redirection (40). 3049981 8 8. Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit support (46) comporte une deuxième interface de fixation (48) pour autoriser une fixation dudit échangeur de chaleur (14) sur ledit support (46) de manière qu'une ouverture de sortie de ladite vanne (25) soit positionnée en face d'une entrée dudit 5 échangeur de chaleur (14). 9. Véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne (5) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.