Brevet FR3080654A1 — publié le 20191101

Connecteur de circuit d'admission. L'invention concerne un connecteur de circuit d'admission. L'invention porte aussi sur un moteur à combustion, ou moteur thermique, comprenant un tel connecteur de circuit d'admission. L'invention concerne encore un véhicule automobile comprenant un tel moteur à combustion. Un moteur à combustion, en particulier équipant un véhicule automobile, requiert pour son fonctionnement de l'air frais qui est conduit dans une chambre de combustion au travers d'un circuit d'admission d'air. La combustion du carburant dans la chambre de combustion produit des gaz qui sont évacués au travers d'un circuit d'échappement. Un moteur à combustion, ou moteur thermique, comprend généralement un système de recirculation des gaz d'échappement communément appelé EGR pour le terme anglo-saxon Exhaust Gas Recirculation. Un tel système EGR vise généralement à réduire les émissions polluantes et/ou à optimiser la puissance du moteur. Une proportion plus ou moins importante des gaz d'échappement (appelée aussi taux d'EGR) est redirigée depuis le circuit d'échappement vers le circuit d'admission d'air du moteur. Dans la suite de la description, les gaz d'échappement qui sont redirigés depuis le circuit d'échappement vers le circuit d'admission d'air du moteur sont appelés gaz EGR. Un système EGR permet de réintroduire dans la chambre de combustion les gaz qui ont été brûlés lors de la combustion précédente. Un tel système requiert de mélanger les gaz EGR à de l'air frais. Pour cela, un mélangeur, appelé mélangeur air-EGR dans la suite de la description, est habituellement utilisé. Or, un tel mélangeur présente un encombrement important par rapport aux autres éléments d'un moteur à combustion. En 2 outre, un tel mélangeur provoque des pertes de charges dans le circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion. Le but de l'invention est de fournir un système remédiant aux 5 inconvénients évoqués précédemment et améliorant les systèmes connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un système de vanne permettant de réaliser un moteur à combustion ne comprenant pas de mélangeur air-EGR. 10 Pour atteindre cet objectif, l'invention porte sur un connecteur de circuit d'admission, notamment de moteur thermique destiné à un véhicule automobile, comportant un tronçon tubulaire, destiné à la circulation d'air frais, et un obturateur de débit, destiné à réguler la circulation d'air, caractérisé en ce qu'un conduit, destiné à la circulation de gaz, débouche 15 en saillie dans le tronçon en aval et à proximité immédiate dudit obturateur. Avantageusement, le conduit, destiné à la circulation de gaz, peut déboucher en direction de l'amont du tronçon. 20 Avantageusement, le conduit, destiné à la circulation de gaz, peut déboucher dans le tronçon dans une zone à fort débit d'air et de fortes turbulences générées par l'obturateur de débit. 25 Le débouché en saillie du conduit peut être en biais dans le tronçon pour former un angle entre les directions principales du tronçon et du conduit compris entre 10° et 80°, notamment entre environ 0° et 80°, par exemple de l'ordre de 45°, en particulier de sorte à introduire à contre-flux ou à contre-courant, dans un premier flux d'air circulant dans le 30 tronçon tubulaire, un deuxième flux de gaz circulant dans le conduit. 3 Le pourcentage de fermeture de l'obturateur de débit peut être inférieur ou égal à 90 %. La hauteur de saillie du conduit dans le tronçon tubulaire peut être par 5 exemple inférieure ou égale à la moitié du diamètre du tronçon tubulaire, par exemple environ égale au quart du diamètre du tronçon tubulaire. La distance de l'extrémité du conduit faisant saillie dans le tronçon tubulaire à l'obturateur de débit, dans une direction perpendiculaire à la 10 direction principale du tronçon tubulaire, peut être par exemple inférieure ou égale à la moitié du diamètre du tronçon tubulaire. La distance de l'extrémité du conduit faisant saillie dans le tronçon tubulaire à l'obturateur de débit, dans la direction principale du tronçon 15 tubulaire, peut être par exemple comprise entre 0,5 et 2 fois le diamètre de l'obturateur de débit, par exemple environ égale à la moitié du diamètre de l'obturateur de débit. La forme de la section transversale de la saillie du conduit peut être 20 oblongue dans un plan contenant la direction principale du tronçon tubulaire. L'invention porte également sur un moteur à combustion comprenant un connecteur tel que défini précédemment. 25 L'invention porte enfin sur un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion tel que défini précédemment ou un connecteur tel que défini précédemment. 30 La figure 1 représente de façon schématique un mode de réalisation d'un connecteur de circuit d'admission. La figure 2 représente de façon schématique un connecteur de circuit d'admission tel que celui de la figure 1 en fonctionnement, lorsqu'il n'y a pas d'introduction de gaz EGR. 4 La figure 3 représente de façon schématique un connecteur de circuit d'admission tel que celui de la figure 1 en fonctionnement, lorsqu'il y a introduction de gaz EGR. 5 Le circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion peut comprendre une vanne d'admission d'air, destinée à réguler le débit d'air comburant entrant dans la chambre de combustion. La présente invention propose de tirer avantageusement profit de la présence d'une telle vanne d'admission d'air dans le moteur pour pouvoir s'affranchir de l'utilisation 10 d'un mélangeur air-EGR dans le moteur. La vanne d'admission d'air, en plus de son rôle de régulation du débit d'air comburant, est alors également destinée à jouer le rôle de mélangeur d'air et de gaz EGR. La vanne d'admission sert alors également de vanne de dosage de gaz EGR. Pour cela, un conduit destiné à la canalisation de gaz EGR est 15 directement raccordé à la vanne d'admission d'air, à une place judicieusement choisie. Ceci permet d'introduire les gaz EGR dans le circuit d'admission d'air tout en les mélangeant à de l'air frais. Il en résulte qu'un moteur pourvu d'une telle vanne ne nécessite pas de mélangeur air-EGR et présente donc notamment un encombrement 20 réduit. Dans la suite de la description, on désigne par l'expression « connecteur de circuit d'admission » un tel système de vanne comportant un conduit, notamment un conduit destiné à la canalisation de gaz EGR. 25 La figure 1 représente de façon schématique un mode de réalisation d'un connecteur de circuit d'admission 1. Le connecteur de circuit d'admission 1 comprend un tronçon tubulaire 3. Le tronçon tubulaire 3 est destiné à la circulation, ou au passage, d'un premier fluide, de préférence de l'air, de 30 préférence encore de l'air frais. Le connecteur de circuit d'admission 1 comprend également un obturateur de débit 5. L'obturateur de débit 5 est destiné à réguler la circulation, ou le flux, dénommé premier flux, du 5 premier fluide, par exemple de l'air, dans le tronçon tubulaire 3. Le sens de circulation du premier flux du premier fluide dans le tronçon tubulaire 3 est représenté par une flèche 7. Le connecteur de circuit d'admission 1 comprend en outre un conduit 9 raccordé au tronçon tubulaire 3 en aval 5 de l'obturateur de débit 5. Le conduit 9 débouche en saillie dans le tronçon tubulaire 3 en aval et à proximité immédiate de l'obturateur de débit 5. Le conduit 9 est destiné à la circulation d'un deuxième fluide, de préférence des gaz EGR, et à l'introduction du deuxième fluide dans le tronçon tubulaire 3. Le sens de circulation du flux du deuxième fluide, 10 dénommé deuxième flux, dans le conduit 9, est représenté par une flèche 11. Par « air frais », on entend de l'air qui est introduit pour la première fois dans le circuit d'admission d'air, autrement dit de l'air qui n'a jamais été 15 conduit au préalable dans la chambre de combustion. Lorsque le premier fluide circule dans le tronçon tubulaire 3, il existe des pertes de charges intrinsèques dans le tronçon tubulaire 3. Avantageusement, le conduit 9 débouche dans le tronçon tubulaire 3, en 20 aval de l'obturateur de débit 5, dans une zone à fort débit d'air et/ou de perte de charge et/ou de turbulences ou fortes turbulences générées par l'obturateur de débit 5. Le deuxième fluide est ainsi introduit dans ces turbulences, ce qui permet de minimiser les pertes de charges liées à l'introduction du deuxième fluide dans le tronçon tubulaire 3. Ceci permet 25 aussi d'optimiser le mélange des premier et deuxième fluides. Le conduit 9 est raccordé au tronçon tubulaire 3 en faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3. Le conduit 9 est par exemple implanté par piquage dans le tronçon tubulaire 3, autrement dit dans le corps du connecteur de 30 circuit d'admission 1. 6 Le conduit 9 fait saillie dans le tronçon tubulaire 3 sur une hauteur de saillie h. La hauteur de saillie h du conduit 9 dans le tronçon tubulaire 3 est par exemple inférieure ou égale à la moitié du diamètre D du tronçon tubulaire 3. De préférence, la hauteur de saillie h du conduit 9 dans le 5 tronçon tubulaire 3 est par exemple environ égale au quart du diamètre D du tronçon tubulaire 3. Avantageusement, le conduit 9 débouche en direction de l'amont du tronçon tubulaire 3. Le débouché en saillie du conduit 9 est 10 avantageusement en biais dans le tronçon 3. Le tronçon tubulaire 3 s'étend selon une direction principale A1. Le conduit 9 s'étend selon une direction principale A2. La direction principale A2 du conduit 9 forme un angle c1) avec la direction principale Al du 15 tronçon tubulaire 3. Avantageusement, le conduit 9 est raccordé au tronçon tubulaire 3 de sorte que les directions principales Al du tronçon tubulaire 3 et A2 du conduit 9 forment un angle c1) compris entre 10° et 80°, notamment entre 20 environ 10° et environ 80°, de préférence de l'orde de 45°. L'angle c1) entre les directions principales A1, A2 du tronçon tubulaire 3 et du conduit 9 est choisi de sorte à introduire à contre-flux ou à contre-courant, dans le premier flux du premier fluide circulant dans le tronçon tubulaire 3, le deuxième flux du deuxième fluide circulant dans le conduit 25 9. Il en résulte que les premier et deuxième flux se perturbent, ce qui permet d'obtenir un mélange entre les premier et deuxième fluides. Selon un exemple de réalisation, le connecteur de circuit d'admission 1 comporte une vanne d'admission de comburant et est destiné à être 30 utilisé dans un moteur à combustion. Le tronçon tubulaire 3 est par exemple destiné à la canalisation d'air, par exemple de l'air frais, en 7 particulier à l'admission d'air comburant. Le conduit 9 est par exemple destiné à la canalisation de gaz, par exemple de gaz EGR. Le conduit 9 peut également être destiné par exemple à la canalisation du blow-by, terme anglo-saxon désignant la ventilation des gaz, ou à la canalisation 5 de vapeurs d'essence. De préférence, la vanne du connecteur de circuit d'admission 1 présente un faible pourcentage de fermeture. Ceci permet notamment d'éviter un encrassement du connecteur de circuit d'admission 1 dû à l'introduction 10 de gaz EGR dans le tronçon tubulaire 3. Par « pourcentage de fermeture », on entend un pourcentage de fermeture par rapport à une position ouverte de l'obturateur de débit 5 correspondant à la position de repos. Un pourcentage de fermeture de 15 0 % correspond à la position ouverte de l'obturateur de débit 5, et un pourcentage de fermeture de 100 % correspond à la position complètement fermée de l'obturateur de débit 5. Avantageusement, le pourcentage de fermeture de l'obturateur de débit 5 20 est inférieur ou égal à 90 %, de préférence inférieur ou égal à 50 %, de préférence encore inférieur ou égal à 20 %. Il en résulte que le connecteur de circuit d'admission 1 ne présente pas de sensibilité à l'encrassement. 25 La distance dl de l'extrémité du conduit 9 faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3 à l'obturateur de débit 5, dans une direction perpendiculaire à la direction principale Al du tronçon tubulaire 3, est par exemple inférieure ou égale à la moitié du diamètre D du tronçon tubulaire 3. De préférence, la distance dl est par exemple environ égale au quart du 30 diamètre D du tronçon tubulaire 3. 8 La distance d2 de l'extrémité du conduit 9 faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3 à l'obturateur de débit 5, dans la direction principale Al du tronçon tubulaire 3, est par exemple comprise entre 0,5 et 2 fois le diamètre D5 de l'obturateur de débit 5. De préférence, la distance d2 est 5 par exemple environ égale à la moitié du diamètre D5 de l'obturateur de débit 5. Avantageusement, le conduit 9 est disposé au plus proche de la zone de turbulences du tronçon tubulaire 3, générées par l'obturateur de débit 5. 10 Comme cela est illustré sur la figure 1, les distances dl et d2 sont par exemple mesurées entre le centre de l'obturateur de débit 5 et le centre de la section transversale de l'extrémité du conduit 9 faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3. 15 La forme de la section transversale de la saillie du conduit 9 est par exemple oblongue dans un plan P contenant la direction principale Al du tronçon tubulaire 3 et maximisant l'angle formé entre ce plan et la direction principale A2. Le diamètre de la section transversale de la saillie du conduit 9 est par exemple de l'ordre de D/5. La forme et les 20 dimensions de la section transversale de la saillie du conduit 9 seront par exemple choisies en fonction du besoin en débit de gaz EGR. Selon un exemple de réalisation, la vanne 1 est de type à volet. L'obturateur de débit 5 est alors par exemple un volet. 25 Le fonctionnement d'un connecteur de circuit d'admission 1 tel que celui de la figure 1 est décrit ci-après en référence aux figures 2 et 3. La figure 2 représente de façon schématique le connecteur de circuit 30 d'admission 1 en fonctionnement, lorsqu'il n'y a pas d'introduction du deuxième fluide, par exemple des gaz EGR, dans le tronçon tubulaire 3. 9 L'obturateur de débit 5 est en position ouverte, à la position de repos. Une vanne 21, non représentée sur la figure 1 mais représentée sur la 5 figure 2, est disposée dans le conduit 9 en amont de celui-ci, c'est-à-dire à l'extrémité du conduit 9 opposée à celle faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3. Le conduit 9 est fermé par la vanne 21. Le deuxième fluide n'est donc 10 pas introduit dans le tronçon tubulaire 3. Les flèches 23 représentent le premier flux du premier fluide dans le tronçon tubulaire 3. Comme cela est illustré de façon schématique sur la figure 2, la présence du conduit 9, raccordé au tronçon tubulaire 3 en 15 faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3, induit peu de pertes de charges dans le tronçon tubulaire 3. La vanne 1 fonctionne donc comme si il n'y avait pas de conduit 9. Il peut toutefois exister une légère perturbation aéraulique dans le 20 tronçon tubulaire 3, notamment dans une zone 25 en amont de l'extrémité du conduit 9 faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3. Avantageusement, la hauteur de saillie h du conduit 9 dans le tronçon tubulaire 3 peut être diminuée de façon à réduire le phénomène de 25 perturbation aéraulique dans le tronçon tubulaire 3. On peut choisir une hauteur de saillie h permettant de minimiser le phénomène de perturbation aéraulique dans le tronçon tubulaire 3 tout en garantissant une qualité optimale du mélange entre le premier fluide et le deuxième fluide, notamment en jouant sur un compromis avec l'angle cl) entre les 30 directions principales A1, A2 du tronçon tubulaire 3 et du conduit 9. 10 La figure 3 représente de façon schématique le connecteur de circuit d'admission 1 en fonctionnement, lorsqu'il y a introduction du deuxième fluide, par exemple des gaz EGR, dans le tronçon tubulaire 3. 5 L'obturateur de débit 5 est incliné d'un angle w par rapport à la direction principale Al du tronçon tubulaire 3. L'angle w d'inclinaison de l'obturateur de débit 5 par rapport à la direction principale Al du tronçon tubulaire 3 est par exemple compris entre 0 et 20°, par exemple de l'ordre de 20°. 10 Les flèches 33 représentent le premier flux du premier fluide dans le tronçon tubulaire 3. Comme cela est illustré sur la figure 3 par les flèches 33, la position inclinée de l'obturateur de débit 5 par rapport à la direction principale Al du tronçon tubulaire 3 crée des pertes de charges dans le 15 tronçon tubulaire 3. Ceci induit une dépression permettant l'introduction du deuxième fluide dans le tronçon tubulaire 3. Les flèches 35 représentent le deuxième flux du deuxième fluide dans le conduit 9. Le conduit 9 permet d'introduire le deuxième fluide dans le 20 tronçon tubulaire 3 dans les perturbations aérodynamiques du premier fluide. Après introduction du deuxième flux du deuxième fluide dans le tronçon tubulaire 3, le flux des premier et deuxième fluides en aval de l'extrémité du conduit 9 faisant saillie dans le tronçon tubulaire 3 présente peu de pertes de charges, comme cela est illustré sur la figure 3 par les 25 flèches 37. Le connecteur de circuit d'admission 1 permet donc d'obtenir en sortie un mélange homogène entre le premier fluide, par exemple de l'air, et le deuxième fluide, par exemple des gaz EGR. En outre, le mélange entre les premier et deuxième fluides induit des pertes de charges réduites. Le connecteur de circuit d'admission 1 joue donc le rôle 30 d'une vanne mélangeuse. 11 Un avantage d'un connecteur de circuit d'admission tel que celui décrit en relation avec les figures 1 à 3 réside dans le fait qu'il joue à la fois le rôle de régulateur de débit du premier fluide et de mélangeur entre le premier fluide et le deuxième fluide. Un tel connecteur de circuit 5 d'admission, lorsqu'il est par exemple disposé dans un moteur à combustion, permet de s'affranchir de l'utilisation d'un mélangeur airEGR. On obtient en sortie du connecteur de circuit d'admission un mélange homogène entre le premier fluide, par exemple de l'air, et le deuxième fluide, par exemple des gaz EGR, tout en ayant minimisé les 10 pertes de charges dans le circuit d'admission du premier fluide. Les figures 1 à 3 représentent le connecteur de circuit d'admission 1 dans le cas où la direction principale A2 du conduit 9 est positionnée dans un plan normal au plan de l'obturateur de débit 5. 15 On désigne par la référence a l'angle formé entre le plan de l'obturateur de débit 5 lorsqu'il est à la position de repos, en position ouverte, et la projection orthogonale de la direction principale A2 du conduit 9 sur un plan perpendiculaire à la direction Al. L'angle a est de l'ordre de 90° 20 dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 3. Selon une variante, la direction principale A2 du conduit 9 peut être positionnée dans le plan de l'obturateur de débit 5. L'angle a est alors de 0°. Toute autre orientation de la direction principale A2 du conduit 9 par 25 rapport au plan de l'obturateur de débit 5 pourra également être choisie. La valeur de l'angle a sera choisie entre 0° et 360° en fonction de la géométrie du connecteur de circuit d'admission en amont de l'obturateur de débit 5. La valeur optimale de l'angle a sera par exemple déterminée grâce à des calculs aérodynamiques. 30 12 L'invention a été décrite en relation avec les figures 1 à 3 dans le cas où la vanne 1 est de type à volet. Selon une variante, la vanne 1 peut être de type à boisseau. 5 Un connecteur de circuit d'admission tel que celui décrit en relation avec les figures 1 à 3 peut être utilisé dans un moteur à combustion, ou moteur thermique, 41. Un tel connecteur de circuit d'admission permet de s'affranchir de l'utilisation d'un mélangeur air-EGR dans un moteur à combustion. On obtient ainsi un moteur à combustion présentant un 10 encombrement réduit. L'invention porte également sur un véhicule automobile 51 comprenant un tel moteur à combustion 41 ou un connecteur de circuit d'admission tel que celui décrit en relation avec les figures 1 à 3. Un connecteur tel que celui décrit en relation avec les figures 1 à 3 peut être utilisé pour tout type d'application nécessitant un mélange entre deux fluides, le débit d'un des deux fluides étant régulé par une vanne. Par exemple,