Brevet FR3081931A1 — publié le 20191206

Moteur à combustion comprenant un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission comprenant une chambre formant un volume tampon. L'invention concerne un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission pour un moteur thermique. L'invention concerne également un moteur thermique comprenant un tel circuit de recirculation et un véhicule comprenant un tel moteur. La mise en oeuvre d'un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission (ou : circuit EGR, de l'acronyme anglais pour Exhaust Gas Recycling) dans un moteur à combustion consiste à recycler, ou recirculer, une fraction des gaz d'échappement depuis l'échappement vers le système d'admission en air du moteur. On distingue généralement, de manière classique, dans les moteurs suralimentés, les circuits EGR à basse pression et les circuits EGR à haute pression. Dans un circuit EGR à basse pression, les gaz d'échappement sont prélevés par un conduit qui prend naissance dans le circuit d'échappement du moteur en un point situé en aval de la turbine du turbocompresseur de suralimentation du moteur, et dont l'autre extrémité débouche dans le circuit d'admission du moteur en un point situé en amont du compresseur du turbocompresseur. Dans un circuit EGR à haute pression, les gaz d'échappement sont prélevés par un conduit qui prend naissance dans le circuit d'échappement du moteur en un point situé en amont de la turbine du turbocompresseur de suralimentation du moteur, et dont l'autre extrémité débouche dans le circuit d'admission du moteur en un point situé en aval du compresseur du turbocompresseur. Dans tous les cas, le circuit prélève une proportion plus ou moins importante des gaz d'échappement produits par le moteur, qui est en 2 général ajustée grâce à une vanne de fermeture du conduit. Néanmoins, la proportion des gaz d'échappement qui peut être recyclée est limitée, car elle est très dépendante de l'écart de pression entre le point de prélèvement des gaz et le point de réintroduction dans le circuit 5 d'admission. Il n'est donc pas toujours possible, avec les circuits EGR classiques, d'obtenir un taux de gaz recyclés (taux d'EGR) aussi élevé qu'il serait souhaitable pour le fonctionnement du moteur (par exemple pour réduire les émissions d'oxydes d'azote dans le cas d'un moteur diesel). 10 On connaît de l'état de la technique des dispositifs aptes à augmenter le taux d'EGR, par rapport aux circuits EGR classiques : On appelle « dedicated-EGR » ou « d-EGR » un circuit EGR d'un moteur 15 à combustion dans lequel au moins un cylindre est dédié à la production d'EGR. L'intégralité des gaz d'échappement de ce au moins un cylindre est ainsi directement redirigée vers l'admission du moteur pour en améliorer le fonctionnement. 20 On connaît par exemple de la publication US-A1-2013/0239547 un moteur à combustion interne à quatre cylindres dans lequel l'intégralité des gaz émis par un cylindre dédié est renvoyée à l'admission du moteur, les gaz émis par les autres cylindres étant rejetés dans l'atmosphère extérieure et ne fournissant pas de gaz recirculés à l'admission. Ainsi, on 25 obtient un taux d'EGR dont la valeur atteint 25%. Cependant, un premier inconvénient de ce système est que le flux des gaz EGR est pulsatile. En effet, le débit des gaz recirculés est poussé par les bouffées émises lors des phases d'échappement du cylindre dédié 30 tous les deux tours de moteur. Ce débit pulsatile dans le circuit EGR pose le problème de l'homogénéité du taux d'EGR dans le flux alimentant 3 les cylindres. Ce manque d'homogénéité entraine des problèmes de stabilité de combustion ou de cliquetis. Pour tenter de remédier à ce problème, il a été proposé d'ajouter en 5 amont de l'admission du moteur ou des cylindres du moteur un mélangeur (ou mixeur) de gaz EGR. Cette solution se propose de garantir un meilleur mélange de l'air et des gaz recirculés. Un premier inconvénient de ce mélangeur est qu'il rajoute des éléments 10 supplémentaires dans le circuit pouvant être cause de casse. De plus, un tel mélangeur présente des risques d'encrassement et de condensation d'eau au niveau du refroidisseur d'air de suralimentation. Un deuxième inconvénient du mélangeur est le temps de réponse 15 important de cette solution. En effet, pour que le débit massique des gaz recirculés s'adapte au mieux aux conditions de fonctionnement du moteur (régime et charge), en particulier dans des conditions de fonctionnement transitoire, il conviendrait d'avoir un temps très court entre la production des gaz EGR par le cylindre dédié, et l'arrivée des 20 premiers gaz issus du circuit EGR dans les cylindres du moteur. Par conséquent, l'introduction d'un mélangeur pour mélanger les gaz rallonge ce temps de réponse. Le but de l'invention est donc de fournir un circuit de recirculation des gaz 25 d'échappement, un moteur thermique et un véhicule remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les circuits de recirculation des gaz d'échappement connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention permet de réaliser un circuit de recirculation des gaz d'échappement simple et fiable et qui permette d'injecter dans l'admission d'un moteur un 30 débit de gaz d'échappement avec un taux de gaz élevé homogène dans le temps sans rajouter d'éléments supplémentaires pouvant être sujet à des casses et garantissant un temps de réponse suffisamment faible. 4 Selon un premier aspect, l'invention concerne un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission pour un moteur à combustion interne, ledit moteur comprenant au moins deux cylindres 5 dont au moins un premier cylindre est dédié à la production de gaz d'échappement qui sont entièrement recirculés à l'admission du moteur. Le circuit de recirculation des gaz d'échappement comprend une première extrémité configurée pour être connectée à l'échappement dudit premier cylindre dédié du moteur. Le circuit de recirculation comprend 10 également au moins une seconde extrémité configurée pour être connectée à l'admission du moteur. Enfin, le circuit de recirculation des gaz d'échappement comprend une chambre formant un volume tampon agencée entre la première extrémité et la au moins une deuxième extrémité du circuit de recirculation des gaz d'échappement. 15 Dans un mode de réalisation, la chambre formant un volume tampon comprend une entrée dirigée vers la première extrémité du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement et une sortie dirigée vers la au moins une deuxième extrémité du circuit de recirculation des gaz 20 d'échappement. Dans un mode de réalisation, le circuit de recirculation des gaz d'échappement comprend un clapet anti-retour agencé pour empêcher un flux de gaz depuis la chambre formant un volume tampon vers la 25 première extrémité du circuit de recirculation des gaz d'échappement. Dans un mode de réalisation, la chambre formant un volume tampon comprend un volume au moins supérieur à dix fois la cylindrée du moteur, et préférentiellement au moins supérieur à1 0 litres. 30 5 Dans un mode de réalisation, le circuit de recirculation des gaz d'échappement comprend un échangeur thermique agencé entre ladite chambre formant un volume tampon et la première extrémité. 5 Dans un mode de réalisation, le circuit de recirculation des gaz d'échappement comprend des ramifications conçues pour chacune connecter fluidiquement la chambre formant un volume tampon à l'admission de chaque cylindre du moteur. 10 Selon un second aspect, l'invention concerne un moteur thermique comprenant un circuit de recirculation des gaz selon la présente invention. Dans un mode de réalisation, le moteur thermique comprend au moins 15 deux cylindres dont au moins un premier cylindre est dédié à la production à la production de gaz d'échappement à recirculer, dans lequel le circuit de recirculation des gaz d'échappement est relié à l'échappement du premier cylindre. 20 Selon un troisième aspect, l'invention concerne un véhicule automobile comprenant un moteur thermique selon la présente invention ou comprend un circuit de recirculation des gaz selon la présente invention. Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, un mode de 25 réalisation d'un circuit de recirculation selon l'invention. La figure 1 représente un circuit EGR selon un mode de réalisation de l'invention, comportant une chambre formant un volume tampon. 30 La figure 2 représente un bloc-moteur coopérant avec un circuit EGR selon un mode de réalisation de l'invention. 6 La figure 3 représente un véhicule et un moteur comprenant un circuit EGR selon un mode de réalisation de l'invention. L'invention concerne un circuit 1 de recirculation, ou recyclage, des gaz 5 d'échappement pour un moteur à combustion interne (appelé dans le reste de la description « circuit EGR »). Ledit circuit EGR 1 est apte à coopérer avec un moteur thermique 100. Ledit moteur thermique 100 comprend au moins deux cylindres 12 et 13, 10 dont au moins un premier cylindre 13 est dédié à la production de gaz d'échappement à recirculer (appelé « cylindre dédié à la production de gaz EGR » dans la suite de la description). Ledit circuit EGR 1 comprend une chambre 2 formant un volume tampon 15 configurée pour être agencée entre l'échappement 17 et l'admission 16 du moteur thermique 100, plus précisément entre l'échappement 17 du premier cylindre 13 et l'admission 16 des cylindres 12 et 13. Le circuit EGR 1 s'étend entre une première extrémité 9 et au moins une 20 seconde extrémité 10. La première extrémité 9 est configurée ou est conçue pour être connectée à l'échappement du moteur 100, plus précisément à l'échappement du premier cylindre 13 du moteur 100qui est dédié à la 25 production de gaz EGR. La au moins une seconde extrémité du circuit EGR est configurée ou est conçue pour être connectée à l'admission des au moins deux cylindres 12, 13 dudit moteur 100. Par « connectée » on entend qu'il existe une connexion fluidique entre la 30 première extrémité 9 et l'échappement du cylindre dédié à la production des gaz EGR. 7 La au moins une deuxième extrémité 10 est configurée ou conçue pour être connectée à l'admission 16 du moteur 100. Dans un mode de réalisation, le circuit EGR 1 comprend une pluralité de deuxièmes extrémités 10. Chaque deuxième extrémité est alors raccordée au circuit 5 d'admission d'un des cylindres 12 et 13 du bloc-moteur 11. Dans un mode de réalisation, le circuit EGR 1 comprend une rampe 18 comprenant une portion sur laquelle le circuit se divise en une pluralité de ramifications 8. Chaque ramification 8 comprend une deuxième extrémité 10 10 du circuit EGR 1. Dans un mode de réalisation, la rampe 18 est conçue pour que l'extrémité de chaque ramification 8 soit raccordée à l'admission d'un cylindre 12, 13 d'un moteur thermique 100. La rampe 18 comprend 15 autant de ramifications 8 que le moteur 100 comprend de cylindres 12 et 13. Ladite rampe 18 peut comprendre une portion s'étendant depuis la sortie de la chambre 2 formant un volume tampon. Ladite rampe 18 peut 20 également comprendre plusieurs circuit secondaires ou ramifications 8 s'étendant depuis ladite rampe 18 pour se connecter au circuit d'entrée d'air d'un cylindre. Ladite rampe 18 permet dans ce cas d'alimenter toutes les ramifications 8 et donc les cylindres du moteur. 25 Le circuit EGR 1 peut comprendre autant de secondes extrémités 10 que le moteur 100 comprend de cylindres 12, 13. Comme illustré sur la figure 2, chaque ramification 8 est raccordée à l'admission d'un cylindre 12, 13, préférentiellement au plus près de 30 chaque cylindre 12, 13. 8 En effet, l'avantage de l'invention procuré par le débit constant des gaz issus du premier cylindre dédié à la production de gaz EGR 13 autorise à injecter ces gaz au plus près de l'admission ou des soupapes d'admission des cylindres du moteur avec un bon niveau d'homogénéité. 5 Le circuit EGR 1 comprend une chambre 2 formant un volume tampon. La chambre 2 formant un volume tampon est agencée entre la première extrémité 9 et la au moins une seconde extrémité 10 du circuit EGR 1. 10 La chambre 2 formant un volume tampon permet avantageusement de réduire de manière significative l'effet pulsatile du débit des gaz du circuit EGR 1. En effet, par l'augmentation de la distance à parcourir et l'augmentation du volume à remplir par les gaz, l'effet pulsatile du débit des gaz à la sortie de cette chambre devient négligeable. 15 La chambre 2 formant un volume tampon peut comprendre un volume supérieur à dix fois la cylindrée du moteur, préférentiellement au moins supérieur à 10 litres. 20 Un exemple d'un circuit EGR 1 selon un mode de réalisation de l'invention est schématiquement représenté sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation, la chambre 2 formant un volume tampon comprend une entrée 3, une sortie 7. 25 Le circuit EGR comprend une conduite amont 6, c'est-à-dire une conduite ou un tuyau permettant la connexion entre l'entrée 3 de la chambre 2 formant un volume tampon et la première extrémité 9 (par exemple, le tuyau 6 illustré figure 1). Le circuit EGR comprend aussi une conduite 30 aval 7, c'est-à-dire une conduite ou un tuyau permettant la connexion entre la sortie 7 de la chambre 2 formant un volume tampon et la au moins une seconde extrémité du circuit EGR. 9 Le circuit EGR 1 peut comprendre un dispositif mécanique 4 qui permet de s'opposer au passage des gaz dans un sens de circulation du circuit EGR, plus précisément depuis l'admission du moteur vers l'échappement 5 du cylindre dédié à la production des gaz EGR. Préférentiellement, ledit dispositif mécanique 4 est agencé à l'entrée 3 de la chambre formant un volume tampon. 10 Dans un mode de réalisation, le dispositif mécanique est agencé entre la chambre formant un volume tampon et la première extrémité. Ledit dispositif mécanique 4 impose ainsi la circulation des gaz dans un seul sens. Dans un mode de réalisation, ledit dispositif mécanique 4 est 15 un clapet anti-retour. Le clapet anti-retour 4 est agencé manière à faire passer le flux de gaz EGR dans un sens et à bloquer le flux de gaz EGR dans l'autre sens. Le clapet anti-retour 4 est agencé de manière à faire passer un flux de gaz 20 vers la sortie 7 et à bloquer un flux de gaz vers l'échappement du cylindre dédié à la production de gaz EGR ou vers la première extrémité du circuit EGR. Le clapet anti-retour 4 peut être un clapet à battant ou un clapet guidé. 25 Le clapet anti-retour 4 assure que les gaz circulant dans la chambre 2 formant un volume tampon ne puissent pas remonter vers la première extrémité 9 du circuit EGR 1. 30 Le clapet anti-retour 4 autorise avantageusement la conservation des gaz dans la chambre 2 formant un volume tampon jusqu'à ce que la pression soit suffisante pour que les gaz présents dans cette boucle soient 10 poussés vers la sortie 7. Ainsi, le débit de gaz à la au moins une seconde extrémité 10 du circuit EGR 1 est sensiblement constant, en ce sens que l'effet pulsatile du débit visible à l'entrée 3 de la chambre 2 formant un volume tampon a sensiblement disparu à la sortie 7 ou à la au moins une 5 deuxième extrémité 10. Dans un mode de réalisation, le circuit EGR 1 comprend également un échangeur thermique 5. L'échangeur thermique 5 peut être agencé entre la chambre 2 formant un volume tampon et le tuyau 6 configuré pour être 10 connecté à l'échappement du cylindre 13 dédié à la production de gaz EGR. L'échangeur thermique 5 peut être agencé entre la chambre 2 formant un volume tampon est la première extrémité du circuit EGR 1. Dans un mode de réalisation, le clapet anti-retour 4 est agencé entre l'échangeur thermique 5 et la chambre 2 formant un volume tampon. 15 Un exemple d'un véhicule 200 équipé d'un mode de réalisation d'un moteur 100 comprenant un circuit EGR 1 est schématiquement représenté sur la figure 3. 20 Le moteur 100 comprend un bloc moteur 11, un circuit d'alimentation d'air 14, un circuit d'échappement 15 et un circuit EGR 1 tel que décrit ci-dessus. Le bloc moteur 11 comprend au moins un premier cylindre dédié à la 25 production de gaz EGR 13 et au moins un second cylindre 12 relié au circuit d'échappement 15. Le moteur 100 comprend un circuit d'entrée d'air 14 alimentant les cylindres 12,13 en air extérieur et un circuit d'échappement 15 s'étendant 30 depuis l'échappement du au moins un second cylindre 12. 11 L'échappement du premier cylindre 13 dédié à la production de gaz EGR est relié au circuit EGR 1, préférentiellement par un tuyau 6. L'échappement du au moins un second cylindre 12 est relié au circuit 5 d'échappement 15. Le circuit d'entrée d'air 14 est relié à l'admission du premier cylindre 13 dédié à la production de gaz EGR et à l'admission du au moins un second cylindre 12. Dans un mode de réalisation, le circuit d'entrée d'air 10 14 comprend un plenum 101 pour alimenter chaque cylindre. Le plenum 101 permet la mise en surpression relative des gaz du circuit d'entrée d'air 14 avant leur introduction dans les cylindres 12, 13. L'admission de chaque cylindre 12, 13 peut être reliée au plenum par un 15 tuyau. Dans un mode de réalisation, la au moins une seconde extrémité 10 du circuit EGR 1 est configurée pour être connectée au circuit d'entrée d'air 14 entre le plenum 101 et l'arrivée d'air 106. Dans un mode de réalisation 20 alternatif, la au moins une seconde extrémité du circuit EGR 1 comprend une pluralité de secondes extrémités. Chaque seconde extrémité peut être conçue ou configurée pour être connectée au circuit d'entrée d'air 14 entre le plenum 101 et l'admission des cylindres 12, 13 du moteur 100. De cette manière, le flux de gaz EGR est injecté au plus près de 25 l'admission des cylindres 13, 12, réduisant ainsi le temps de réponse du circuit EGR 1. Comme illustré sur la figure 3, le circuit d'entrée d'air 14 peut comprendre un filtre à air 106 et/ou un échangeur de chaleur 105. Le circuit d'entrée 30 d'air 14 peut également comprendre une vanne d'admission des gaz 104, par exemple un boîtier-papillon si le moteur est du type à allumage commandé. 12 Le circuit d'échappement 15 peut également comprendre un catalyseur 103 pour le traitement des gaz d'échappement. 5 Dans un mode de réalisation, le moteur à combustion 100 comprend un turbocompresseur 102 relié au circuit d'entrée d'air 14 et au circuit d'échappement 15. Le turbocompresseur 102 comprend une turbine agencée de manière à être animée par la vitesse des gaz sortant des cylindres 12 qui cèdent une partie de leur énergie cinétique pour faire 10 tourner la turbine et augmenter la pression des gaz dans le circuit d'entrée d'air 14. Dans un mode de réalisation, le moteur à combustion 100 comprend une vanne de décharge à l'échappement 107 de la turbine du 15 turbocompresseur (dite vanne « waste gate ») pour ajuster le débit des gaz traversant la turbine et donc l'énergie fournie au compresseur pour la compression de l'air d'admission, et une vanne de décharge à l'admission 108 du compresseur du turbocompresseur (dite vanne « pop off ») qui est apte à s'ouvrir quand la vanne d'admission des gaz 104 est 20 fermée brutalement, de manière à éviter que de l'air sous pression traverse le compresseur en sens opposé au sens normal de circulation. L'invention REVENDICATIONS: 1. Circuit (1) de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission pour un moteur à combustion interne (100), ledit moteur comprenant au moins deux cylindres (12,13) dont au moins un premier cylindre (13) est dédié à la production de gaz d'échappement qui sont entièrement recirculés à l'admission du moteur, ledit circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement comprenant : - une première extrémité (9) configurée pour être connectée à l'échappement (17) dudit premier cylindre (13) dédié du moteur (100), - au moins une seconde extrémité (10) configurée pour être connectée à l'admission (16) du moteur (100), caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une chambre (2) formant un volume tampon agencée entre la première extrémité (9) et la au moins une deuxième extrémité (10) du circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement. 2. Circuit (1) selon la revendication 1, dans lequel la chambre (2) formant un volume tampon comprend : - une entrée (3) dirigée vers la première extrémité du circuit de recirculation des gaz d'échappement (1), - une sortie (7) dirigée vers la au moins une deuxième extrémité du circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement. 3. Circuit (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant un clapet anti-retour (4) agencé pour empêcher un flux de gaz depuis la chambre (2) formant un volume tampon vers la 4. 5 5. 10 6. 15 7. 20 8. 25 9. 30 14 première extrémité du circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement. Circuit (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la chambre formant un volume tampon comprend un volume au moins supérieur à dix fois la cylindrée du moteur, et préférentiellement au moins supérieur à10 litres. Circuit (1) selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un échangeur thermique (5) agencé entre ladite chambre (2) formant un volume tampon et la première extrémité (9). Circuit (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant, en outre, des ramifications (8) conçues pour chacune connecter fluidiquement la chambre (2) formant un volume tampon à l'admission de chaque cylindre (12, 13) du moteur (100). Moteur thermique (100) comprenant un circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 6. Moteur thermique (100) selon la revendication 7 comprenant au moins deux cylindres (12, 13) dont au moins un premier cylindre (13) est dédié à la production à la production de gaz d'échappement à recirculer, dans lequel le circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement est relié à l'échappement du premier cylindre (13). Véhicule automobile (200) comprenant un moteur thermique (100) selon la revendication 7 ou la revendication 8 ou comprenant un circuit (1) de recirculation des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.