Brevet FR3062684A1 — publié le 20180810

CULASSE COMPRENANT UN ENSEMBLE D'INJECTION DE GAZ D'ECHAPPEMENT La présente invention se rapporte à un moteur 5 combustion interne comportant un système de recirculation de gaz d'échappement. Ce système, souvent appelé par sa dénomination anglophone « Exhaust Gaz Recirculation » (EGR), permet de réduire les émissions polluantes, notamment d'oxydes d'azotes (N0x). Plus particulièrement, l'invention concerne 10 une culasse et un ensemble d'injection de gaz d'échappement faisant partie du système de recirculation. De manière classique, sur les moteurs à combustion, et notamment les moteurs Diesel, le système de recirculation de gaz d'échappement (EGR) est installé pour prélever une partie 15 de gaz brûlés à l'échappement du moteur et les introduire dans les conduits d'admission du moteur en les mélangeant avec de l'air frais compressé issu de la sortie d'un compresseur qui peut être le compresseur d'un turbocompresseur. Ledit air frais compressé peut passer ensuite via un refroidisseur pour 20 être amené vers les conduits d'admissions par un répartiteur d'admission fixé contre la culasse. En fonction de l'endroit où sont prélevés les gaz d'échappement, on a différents systèmes de diffusion des gaz EGR dont un récupère une partie de gaz d'échappement juste 25 après le collecteur d'échappement. Ces gaz sont encore très chauds et donc sous haute pression, d'où le nom système EGR Haute Pression (EGR HP). Le système d'EGR HP comprend généralement un conduit d'acheminement et un ensemble d'injection de gaz 30 d'échappement. Le conduit d'acheminement permet d'amener des gaz d'échappement du collecteur d'échappement vers le côté d'admission du moteur. Ensuite, les gaz d'échappement sont injectés au niveau du répartiteur d'admission, placé en amont des conduits d'admission, au moyen du système d'injection. 3062684 2 Ainsi, le gaz d'échappement recirculé est mélangé avec l'air frais dans une zone de mélange du répartiteur d'admission. Cette zone de mélange est autrement appelé « plenum » selon le vocabulaire d'un homme du métier. Il existe de manière connue des structures de systèmes de diffusion d'EGR-HP différentes mais intégrées au répartiteur d'admission. Une première structure, sous forme de piquage, introduit des gaz d'échappement recirculés dans le répartiteur d'admission, via l'ensemble d'injection comportant un raccordement (ou piquage) intrusif dans la veine d'arrivée d'air. Cependant, l'ensemble d'injection d'une telle structure est peu performant et présente un problème de répartition homogène des gaz recirculés injectés d'un cylindre à l'autre et des pertes de charge importantes au niveau du circuit d'admission d'air. Une deuxième structure d'EGR-HP comprend un ensemble d'injection qui est constituée d'un rail de distribution intégré au répartiteur d'admission. Cependant, cette structure présente un inconvénient par le fait que l'ensemble d'injection, étant intégré au répartiteur, fait augmenter le poids de ce dernier et l'encombrement dudit répartiteur impactant de ce fait l'espace disponible dans le compartiment moteur qui est l'espace du véhicule où est logé le moteur avec ses accessoires. Ainsi, un objectif de l'invention est de proposer un moteur à combustion interne comprenant un ensemble d'injection de gaz d'échappement ayant une structure compacte. Un autre objectif de l'invention est de proposer un ensemble d'injection de gaz d'échappement qui n'alourdit pas le répartiteur d'admission et qui simplifie ce répartiteur. A cet effet, l'invention propose une culasse pour moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre et comprenant une chambre de remplissage d'air frais compressé. La culasse comprend en outre un ensemble d'injection de gaz 3062684 3 d'échappement comportant une chambre de remplissage de gaz recirculés. Selon l'invention, la chambre de remplissage de gaz recirculés est agencée dans la culasse et connectée à des conduits d'admission des gaz dans le au moins un cylindre par au moins un canal d'injection. Le au moins un canal d'injection fait partie de l'ensemble d'injection de gaz d'échappement. Ainsi, tout ou partie de l'ensemble d'injection de gaz d'échappement est 10 intégré dans la culasse. Par conséquent, l'ensemble d'injection est donc moins encombrant par rapport aux dispositifs conventionnels. Par ailleurs, l'ensemble d'injection n'est pas intégré dans le répartiteur d'admission, ce qui permet d'alléger et simplifier la structure de ce 15 dernier. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la chambre de remplissage des gaz recirculés est recouverte par un capot amovible. A titre d'exemple, l'ensemble d'injection de gaz 20 d'échappement comporte un conduit d'acheminement connecté au collecteur d'échappement et à une chambre de remplissage des gaz recirculés agencée dans la culasse. Ladite chambre de remplissage de gaz recirculés comporte une paroi creusée dans la culasse. 25 Ainsi, chaque ou le canal d'injection est connecté en amont à ladite chambre de remplissage de gaz recirculés et en aval à une zone de mélange entre d'air frais compressé et de gaz recirculés. Grâce au capot amovible, l'intérieur du ou de chaque canal d'injection est facilement accessible à un 30 opérateur pour permettre le nettoyage de l'ensemble d'injection en cas d'encrassement et limiter le coût de main d'oeuvre pour l'entretien de l'ensemble d'injection. En effet, au cours du fonctionnement du moteur, il peut y avoir un dépôt plus ou moins important de particules de suie et 3062684 4 d'hydrocarbure, portés par les ga z d'échappement, dans le système de recirculation, et no tamment dans l'ensemble d'injection. Ce phénomène, appelé l'encrassement, réduit la performance du système de recirculation et un nettoyage du 5 système peut s'avérer nécessaire. A la différence du ou de chaque canal injection de l'invention, dans le cas d'un ensemble d'injection intégré au répartiteur, il faut démonter le répartiteur de la culasse et nettoyer le rail de distribution qui n'est parfois pas facile à atteindre, voire 10 inatteignable. Dans ce cas de figure, en cas de dysfonctionnement, on est obligé de remplacer le répartiteur en entier, ce qui coûte cher au niveau de la main-d'oeuvre et du coût de garantie. Selon une autre caractéristique de l'invention, la 15 chambre de remplissage des gaz recirculés est séparée de la chambre de remplissage d'air compressé. On entend par « séparée » le fait que les chambres de remplissage des gaz recirculés et d'air compressé sont délimitées par au moins une paroi de matière agencée entre les deux chambres. 20 La séparation de la chambre de remplissage des gaz recirculés de la chambre de remplissage d'air compressé permet de restreindre la pollution des gaz recirculés à la zone de remplissage des gaz recirculés sans toucher à la chambre de remplissage d'air compressé. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, la culasse comprenant des conduits d'admission qui sont répartis selon une première direction, l'ensemble d'injection de gaz d'échappement comprend le canal d'injection ou plusieurs canaux d'injection réparti (s) suivant ladite première 30 direction. Ainsi, les gaz d'échappement introduits dans le ou chacun de ces canaux d'injection sont distribués de manière homogène dans une zone de mélange située en amont de chaque conduit d'admission. En conséquence, les conduits d'admission reçoivent des gaz d'échappement à part égale, ce qui assure 3062684 5 une qualité de combustion identique pour chacun des cylindres du moteur, dans lesquels débouchent les conduits d'admission. Selon un mode de réalisation de l'invention, un cylindre est connecté à la chambre de remplissage des gaz 5 recirculés par un unique canal d'injection. Selon une caractéristique de l'invention, le nombre de canaux d'injection correspond au nombre de cylindres du moteur. Lesdits canaux d'injection sont connectés aux conduits d'amission. Ainsi, les conduits d'admission sont desservis en 10 gaz d'échappement pour optimiser la dépollution. Selon une caractéristique de l'invention, les gaz recirculés et l'air frais sont mélangés dans une zone de mélange agencée en amont des conduits d'admission. De cette manière, l'air compressé provenant d'un 15 système de compression qui peut être la partie compresseur d'un turbocompresseur n'est mélangé aux gaz recirculés que dans une zone de mélange disposée aux abords amont des conduits d'admission de la culasse, lesdits gaz recirculés sont conduits depuis la chambre de remplissage des gaz 20 recirculés jusqu'à ladite zone de mélange par les canaux d'injection qui permettent de préserver le refroidisseur des pollutions amenées par les gaz recirculés en cas de reflux desdits gaz depuis la culasse. A titre d'exemple, la zone de mélange est placée 25 immédiatement devant l'entrée des conduits d'admission. Alternativement, la zone de mélange peut être une partie du conduit d'admission : le canal d'injection des gaz recirculés peut en effet déboucher dans ledit conduit d'admission. Ainsi, le temps nécessaire de déplacement des gaz d'échappement 30 jusqu'à l'intérieur des conduits d'admission est réduit. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble d'injection de gaz d'échappement comprend le au moins un canal d'injection débouchant dans la zone de mélange d'une part et 3062684 6 communiquant avec la chambre de remplissage de gaz d'échappement d'autre part. Selon une caractéristique de l'invention, le capot amovible couvre une ouverture débouchant dans la chambre de 5 remplissage de gaz recirculés. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ouverture débouchant dans la chambre de remplissage de gaz recirculés est pratiquée sur une partie du ou de chaque canal d'injection qui est située à l'intérieur de la culasse. Ainsi, 10 l'accès au canal d'injection est davantage facilité. Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot amovible a un profil incurvé définissant un volume V de remplissage de gaz d'échappement. En d'autres termes, le capot amovible a une forme bombée qui délimite un volume V dans 15 lequel les gaz d'échappement sont amenés. Ainsi, on peut modifier la forme du capot pour qu'il puisse contenir un volume de gaz d'échappement souhaité. Cela conditionne la quantité de gaz envoyé à chacun des conduits d'admission et donc le rendement de dépollution dans chacun de ces conduits. 20 Alternativement, le capot amovible comprend une plaque plane pour guider les gaz recirculés. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant une culasse ayant une des caractéristiques présentées précédemment. L'invention concerne en outre un 25 véhicule automobile comprenant ledit moteur à combustion interne. D'autres caractéristiques et avantages innovants ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins 30 annexés, dans lesquels : - La figure 1 représente une vue en perspective d'une culasse selon un premier mode de réalisation de l'invention comprenant un ensemble d'injection de gaz d'échappement et d'un répartiteur d'admission; 3062684 7 - La figure 2 représente la même vue que la figure 1 mais en absence du répartiteur d'admission ; La figure 3 représente une vue de coupe selon le plan III-III illustré sur la figure 1 ; 5 - La figure 4 représente une vue en perspective d'une culasse selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comprenant un ensemble d'injection de gaz d'échappement et d'un répartiteur d'admission; - La figure 5 représente la même vue que la figure 4 10 mais en absence du répartiteur d'admission ; - La figure 6 représente une vue arrière de la culasse de la figure 4 ; La figure 7 représente une vue de coupe selon le plan VII-VII illustré sur la figure 6. 15 En référence à la figure 1 et à la figure 2, un répartiteur d'admission 41 est raccordé à une culasse 31 du côté d'admission de celle-ci. Un capot amovible 13 est situé au-dessus du répartiteur d'admission 31. Ce capot amovible 13 délimite une chambre de remplissage de gaz recirculés 16 20 creusée dans la culasse 31 et connectée avec une entrée 12 de gaz d'échappement. Ces éléments appartiennent à un ensemble d'injection 1 de gaz d'échappement selon l'invention, appelé en raccourci ci-après l'ensemble d'injection. L'entrée 12 de gaz d'échappement est branchée à un 25 conduit d'acheminement (non illustré sur les figures) qui permet d'amener des gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement (non représenté) jusqu'à l'ensemble d'injection 1. Afin de faciliter la compréhension de l'exemple, on 30 définit un repère R orthogonal associé à l'ensemble des éléments illustré à la figure 1. Ce repère R est constitué de trois axes X, Y et Z perpendiculaires l'un à l'autre : les premier et deuxième axes horizontaux X et Y et l'axe vertical Z pointant vers le haut de la figure 1. Les termes « dessus », 3062684 8 « dessous », « inférieur », « supérieur » sont définis par rapport l'axe vertical Z, les termes « derrière », « devant » ou « avant », « arrière » sont définis par rapport au deuxième axe horizontal Y. 5 En référence à la figure 2 et à la figure 3, dans un compartiment inférieur 33, il est aperçu des entrées 51 des conduits d'admission 5 de la culasse 31. Dans cet exemple, le moteur comprend quatre cylindres dont chacun a deux entrées d'admission et deux entrées d'échappement. Les conduits 10 d'admission 5 sont répartis selon le premier axe horizontal X. Ici, le compartiment inférieur 33 comprend en outre une chambre de remplissage d'air frais compressé 19 qui communique avec l'enceinte 43 du répartiteur d'admission 41. La chambre de remplissage d'air frais compressé 19 est représentée aussi 15 à la figure 3. Dans un compartiment supérieur 34, un canal de distribution 14 est réalisé dans la culasse 31 avec son axe L parallèle au premier axe horizontal X. Le canal de distribution 14 fait partie de la chambre de remplissage de 20 gaz recirculés 16 et présente une ouverture 15. Le canal de distribution 14 croise des orifices d'entrée 110 des canaux d'injection 11 de gaz d'échappement. Les canaux d'injection 11 sont répartis au long du canal de distribution 14. Dans cet exemple, les canaux d'injections 11 25 sont au nombre de quatre, le même nombre que les cylindres. Le capot amovible 13, couvrant le canal de distribution 14 et les canaux d'injection 11, définit avec le canal de distribution 14, la chambre de remplissage de gaz recirculés 16. Ainsi, le volume de cette chambre de remplissage de gaz 30 recirculés 16 est rempli par des gaz d'échappement qui sont ensuite injectés dans les canaux d'injection 11 représentés à la figure 3. 3062684 9 Ici, la chambre de remplissage de gaz recirculés 16, étant situé au niveau du compartiment supérieur 34, est séparée de la chambre de remplissage d'air frais compressé 19. Sur la figure 3, les gaz d'échappement, suivant les 5 canaux d'injection 11, arrivent dans une zone de mélange 17 de gaz d'échappement et de gaz d'admission. De plus, puisque le canal de distribution 14 s'étend selon la même direction de répartition que les conduits d'admission 5, les gaz d'échappement sont répartis de manière homogène dans cette 10 même direction et sont donc envoyés en amont de chaque conduit d'admission 11. On entend par « en amont de chacun de ces conduits d'admission » l'emplacement situé à proximité des entrées 51 des conduits d'admission 5 selon le sens de circulation des gaz. 15 Dans cet exemple, les canaux d'injections 11 sont inclinés par rapport à l'axe vertical Z, selon une même direction Y', de manière à avoir leur orifice de sortie 18 le plus proche possible de l'entrée 51 des conduits d'admission. Ici, la zone de mélange 17 est située très proche, à proximité 20 immédiate de l'entrée 51 des conduits d'admission 5. En cas d'encrassement des canaux d'injection 11 illustré dans les figures 1 à 3, il suffit d'enlever le capot amovible 13. Ainsi, un opérateur, avec les outils de nettoyage adaptées, peut atteindre l'intérieur des canaux d'injection 11 25 par leur orifice d'entrée 110 pour les nettoyer. Il n'a donc pas besoin de démonter le répartiteur d'admission 41 de la culasse et donc moins d'opérations complexes pour nettoyer l'ensemble d'injection selon le premier mode de réalisation de l'invention. 30 Les figures 4 à 7 représentent un ensemble d'injection 2 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un répartiteur d'admission 42 est monté sur une culasse 32. Le répartiteur 42 peut par exemple inclure un refroidisseur. Comme représenté sur les figures 5 et 7, la 3062684 10 culasse 32 comprend en outre une chambre de remplissage d'air frais compressé 29 qui communique avec le répartiteur d'admission 42. L'ensemble d'injection 2 comprend une unique entrée 22 5 de gaz d'échappement, située au-dessus du répartiteur d'admission 42. Bien entendu, l'emplacement de l'entrée 22 de gaz d'échappement peut être différent dans d'autres modes de réalisation de l'invention. L'entrée 22 communique avec un canal de distribution 14 s'étendant sensiblement selon la 10 direction horizontale X. Ledit canal de distribution 14 est creusé dans la paroi de la culasse et présente des orifices débouchant dans des canaux d'injection 21. Les canaux d'injection s'étendent sensiblement selon les directions Y1, Y2 et Y3, inclinées par rapport a la 15 verticale, vers les conduits d'admission. Selon l'invention, un cylindre du moteur peut comporter un seul conduit d'admission connecté avec un canal de distribution pour permettre une diffusion uniforme des gaz EGR dans les conduits d'admission. 20 Une fois les gaz d'échappement sont introduits l'intérieur de l'ensemble d'injection 2, ils se dirigent vers les canaux d'injection 21 intégrés dans la culasse 32. Ces derniers débouchent chacun à proximité des entrées 51 des conduits d'admission 5. 25 Selon ce deuxième mode de réalisation, comme illustré sur la figure 7, chaque canal d'injection 21 débouche dans une zone de mélange 27 qui est située à proximité de l'entrée 51 des conduits d'admission. Ils peuvent également déboucher directement dans le conduit d'admission. 30 Par ailleurs, chaque canal d'injection 21 comprend une ouverture 25 qui est située à l'intérieur de la culasse 32. Dans l'exemple illustré, le canal de distribution 14 communique avec les canaux d'injection 21 qui sont fermés chacun par un capot amovible 23. L'ensemble du canal de 3062684 11 distribution 14 et des canaux d'injection 21 forme ainsi une chambre de remplissage des gaz recirculés 26. Ainsi ladite chambre 26 est séparée de la chambre de remplissage d'air frais compressé 29 par ledit capot amovible 23. 5 Le capot amovible 23 est par exemple une plaque en tôle plane et qui peut être vissée à la culasse. Dans ce mode de réalisation, l'air provenant du répartiteur d'admission 42 est guidé par la paroi du capot 23. Par conséquent, il est préféré ici d'avoir une surface de guidage plane pour favoriser les 10 performances aérauliques internes de la culasse et éviter des pertes de charge. En cas d'encrassement, l'opérateur enlève simplement le répartiteur d'admission 42 et le capot amovible 23, pour pouvoir accéder aux canaux d'injection 21 et les nettoyer. 15 Une autre avantage du capot amovible 23 selon le deuxième mode de réalisation est d'empêcher la fuite des gaz d'échappement vers le répartiteur d'admission 42, en particulier lorsque ce dernier comprend un refroidisseur. En effet, puisque les gaz d'échappement contiennent de composants 20 nocifs et corrosifs, ils peuvent endommager le refroidisseur en passant au travers celui-ci. C'est pour cette raison, le capot amovible 23 est un moyen efficace pour protéger le refroidisseur des gaz d'échappement. Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, 25 les canaux d'injection 21 peuvent être agencés de manière à avoir leur ouverture 25 située à l'extérieur de la culasse 32. De cette manière, le capot amovible 23 sera à l'extérieur de la culasse 32. Ainsi, il n'est donc plus nécessaire de démonter le répartiteur d'admission 42 pour avoir accès au 30 capot amovible 23. REVENDICATIONS1. Culasse (31; 32) pour moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre, comprenant une chambre de 5 remplissage d'air frais compressé (19 ; 29) et un ensemble d'injection (1, 2) de gaz d'échappement comportant une chambre de remplissage de gaz recirculés (16 ; 26) ; ladite culasse (31 ; 32) étant caractérisée en ce que la chambre de remplissage de gaz recirculés (16 ; 26) est agencée dans la 10 culasse (31 ;32) et connectée à des conduits d'admission (5) des gaz dans le au moins un cylindre par au moins un canal d'injection (11 ; 21). 2. Culasse (31 ; 32) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de remplissage des gaz 15 recirculés (16, 26) est recouverte par un capot amovible (13 ; 23). 3. Culasse (31 ; 32) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de remplissage des gaz recirculés (16 ; 26) est séparée de la chambre de remplissage 20 d'air frais (19; 29). 4. Culasse (31 ; 32) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 avec les conduits d'admission étant répartis selon une première direction (X), caractérisée en ce que le au moins un canal d'injection (11; 21) est réparti aux 25 conduits d'admission (5) suivant ladite première direction (X). 5. Culasse (31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un cylindre est connecté à la chambre de remplissage des gaz recirculés (16) 30 par un unique canal d'injection (11). 3062684 13 6. Culasse (31 ; 32) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les gaz recirculés et l'air frais sont mélangés dans une zone de mélange (17 ; 27) agencée en amont des conduits d'admission (5). 7. Culasse (31 ; 32) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 lorsque les revendications 3 à 6 dépendent de la revendication 2, caractérisée en ce que le capot amovible (13 ; 23) couvre une ouverture (15; 25) débouchant dans la chambre de remplissage de gaz recirculés (16; 26). 8. Culasse (31) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le capot amovible (13) a un profil incurvé définissant un volume V de remplissage de gaz d'échappement. 9. Culasse (32) selon la revendication 7, caractérisée 15 en ce que le capot amovible (23) comprend une plaque plane pour guider les gaz recirculés. 10. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend une culasse (31 ; 32) selon l'une des revendications précédentes. 20 11. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon la revendication 10.