Brevet FR3094415A1 — publié le 20201002

Description Titre de l'invention : Boîtier de piquage pour recirculation de gaz d'échappement [0001] L'invention concerne le domaine des échappements de moteur à combustion interne et plus particulièrement les dispositifs de piquage permettant de dévier une canalisation afin de récupérer une partie des gaz d'échappement en vue de leur recirculation. [0002] Il est connu d'extraire du circuit principal une partie du flux de gaz d'échappement pour la diriger vers un circuit secondaire de recirculation réinjectant ladite partie de flux au niveau de l'admission du moteur. Un tel circuit de recirculation est encore connu sous l'acronyme EGR (de l'anglais : Exhaust Gaz Recirculation, signifiant recirculation des gaz d'échappement). La partie du flux de gaz à extraire présente un ratio de l'ordre de 25% du flux total. [0003] Pour réaliser ladite extraction, il est connu de réaliser un piquage sur la canalisation principale d'une ligne d'échappement. [0004] La question se pose de la localisation du piquage le long de la ligne d'échappement. Une ligne d'échappement comprend schématiquement une partie chaude, depuis le moteur jusqu'à un dispositif de dépollution, un dispositif de dépollution, et une partie froide depuis le dispositif de dépollution jusqu'à une sortie à l'air libre. Le dispositif de dépollution cause des pertes de charge et induit une importante baisse de pression du gaz d'échappement. Un piquage dans la partie chaude, en amont du dispositif de dépollution, observe une pression suffisamment importante pour assurer directement une recirculation sans autre compensation, mais extrait un gaz d'échappement non dépollué, comportant encore des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d'azote, qui risque d'entraîner des instabilités de combustion si rccirculé, et donc impropre à être recirculé. Un piquage dans la partie froide, en aval du dispositif de dépollution, extrait un gaz d'échappement dépollué, mais sous une pression faible qui nécessite d'ajouter un dispositif de compensation, telle une vanne de contre-pression. [0005] Aussi, il est avantageux, afin d'obtenir le meilleur compromis pression / dépollution du gaz d'échappement, de réaliser le piquage au niveau du dispositif de dépollution. [0006] Un dispositif de dépollution comprend typiquement deux éléments ou substrats, montés en séquence : un catalyseur en amont et un filtre à particules en aval. Le catalyseur assure principalement la suppression des hydrocarbures imbrûlés, du monoxyde de carbone et des oxydes d'azote, tandis que le filtre à particules assure un filtrage mécanique visant à retenir les particules et est partiellement responsable des pertes de charge. Aussi il est avantageux de réaliser le piquage entre les deux éléments/ substrats. 2 [0007] Cependant la distance utile disponible entre les deux éléments, selon l'axe des cana- lisations, définissant une dimension axiale, est très réduite et ne peut être augmentée sans allonger le dispositif de dépollution, dans un contexte où l'espace disponible, dans le compartiment moteur, est déjà très contingenté. [0008] Aussi un piquage classique, découpant une fenêtre circulaire, dont le diamètre ne peut excéder la dimension axiale, ne permet pas d'atteindre le ratio de l'ordre de 25% souhaité. [0009] Aussi si l'on veut réaliser le piquage au point optimal, soit entre les deux éléments il convient de réaliser un piquage permettant d'augmenter le débit extrait vers la canalisation de recirculation. [0010] Pour cela, l'invention concerne un boîtier de piquage de gaz d'échappement hors d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne vers une canalisation de recirculation, comprenant une boîte de jonction et une boîte de recirculation, la boîte de jonction étant tubulaire sensiblement cylindrique selon un axe et une première section, apte à s'interfaccr par une de ses sections d'extrémité avec une canalisation entrante et à s'interfaccr par l'autre de ses sections d'extrémité avec une canalisation sortante, les canalisations entrante et sortante formant la ligne d'échappement, étant sensiblement cylindriques selon l'axe, respectivement selon une deuxième section et une troisième section, sensiblement identiques à la première section, ladite boîte de jonction comportant une première lumière ménagée dans sa surface génératrice, obtenue par projection d'une surface inscrite dans, préférentiellement égale à, un rectangle présentant une dimension axiale selon l'axe sensiblement égale à la dimension axiale selon l'axe de la boîte de jonction et de largeur supérieure à la dimension axiale du rectangle, et la boîte de recirculation étant connectée à la boîte de jonction par la première lumière. [0011] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : [0012] - la largeur du rectangle est sensiblement égale à la largeur de la première section, [0013] - la boîte de recirculation présente une forme sensiblement diédrique fermée sur trois de ses faces, une première face ouverte comportant une deuxième lumière sensiblement rectangulaire alignée et de forme sensiblement identique au rectangle et connectée avec la première lumière, et une deuxième face ouverte comportant une troisième lumière sensiblement rectangulaire présentant une largeur sensiblement égale et alignée avec la largeur du rectangle et une profondeur au moins égale à la dimension axiale du rectangle, ladite troisième lumière étant apte à être connectée avec la canalisation de recirculation, [0014] - la troisième lumière est dimensionnée pour s'adapter à une forme sensiblement rec- tangulaire d'entrée d'un composant connecté en aval, tel un radiateur, 3 [0015] - le dièdre présente un angle tel que la première face et la deuxième face soient sen- siblement perpendiculaires, avec préférentiellement la deuxième face normale à l'axe, [0016] - la première section, la deuxième section et la troisième section sont circulaires, [0017] - le boîtier de piquage comprend deux demi-coquilles séparées par un plan normal à l'axe, aptes à être assemblées pour former le boîtier de piquage. [0018] Dans un deuxième aspect, l'invention concerne une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant une unité de dépollution comportant deux éléments et un piquage de rccirculation de gaz d'échappement, le piquage de recirculation comprenant un tel boîtier de piquage, disposé entre les deux éléments. [0019] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : [0020] - d'amont en aval, le premier élément comprend un catalyseur et le deuxième élément comprend un filtre à particule. [0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : [0022] [fig.1] représente une ligne d'échappement selon l'art antérieur, [0023] [fig.2] représente un détail de la figure 1, [0024] [fig.3] représente une ligne d'échappement selon l'invention, [0025] [fig.4] représente, en vue de face, un boîtier de piquage selon un mode de réalisation de l' invention, [0026] [fig.5] représente, en vue de profil, le même boîtier de piquage, [0027] [fig.6] représente, en vue perspective, le même boîtier de piquage. [0028] En référence à la Figure 1, est illustrée une ligne d'échappement 20 selon l'art antérieur. La ligne d'échappement 20 comprend une canalisation d'entrée 21, partiellement représentée et reliant la sortie du moteur à l'entrée d'une unité de dépollution 25. La ligne d'échappement 20 comprend encore une canalisation de sortie 22, partiellement représentée et reliant la sortie de l'unité de dépollution 25 à la suite de la ligne d'échappement. [0029] L'unité de dépollution 25 comprend deux éléments 26, 27, montés en série. Comme vu précédemment, le lieu idéal pour réaliser un piquage de recirculation est situé entre les deux éléments 26, 27. Tel qu'illustré à la figure 2, présentant en détail la zone entre les deux éléments 26, 27, une dimension axiale 28 selon l'axe A réduite est disponible. On entend par dimension réduite une dimension présentant un ratio réduit relativement à une largeur ou diamètre de la canalisation d'entrée 21, respectivement de la canalisation de sortie 22. Ainsi tel qu'illustré, la dimension axiale 28 est sensiblement dans un rapport inférieur à 1/10 relativement à la largeur ou diamètre de la section S2 de la canalisation d'entrée 21 au droit du premier élément 26 ou relativement à la largeur ou diamètre de la section S3 de la canalisation de sortie 22 au droit du deuxième élément 27. [0030] Aussi, si un piquage est réalisé de manière classique, en perçant une lumière sen- siblement circulaire, la surface de ladite lumière sera dans un rapport de 1/100 relativement à la surface de la section S2 ou S3. Les débits, étant proportionnels aux surfaces/sections, seront dans le même rapport de 1/100, soit bien inférieur au rapport de 1/4, souhaité pour la fonction recirculation. [0031] Aussi, tel qu'illustré à la figure 3, l'invention propose une ligne d'échappement 30, dans laquelle l'unité de dépollution 25 de la figure 1 est remplacée par une unité de dépollution 35, incorporant un boîtier de piquage 1, entre la canalisation d'entrée 31 et la canalisation de sortie 32, au niveau de l'interface entre le premier élément 36 et le deuxième élément 37. Ce boîtier de piquage 1 réalise le piquage, en mettant en communication fluidique, la canalisation d'entrée 31, la canalisation de sortie 32 et une canalisation de recirculation 33. [0032] Le boîtier de piquage 1 de gaz d'échappement a pour but de permettre d'extraire hors de la ligne d'échappement 30 une partie conséquente, au moins 1/4, du débit arrivant par la canalisation d'entrée 31, qui au lieu de rejoindre la canalisation de sortie 32, est redirigé vers la canalisation de recirculation 33. [0033] Pour cela, selon un mode de réalisation illustré aux figures 4 à 6, le boîtier de piquage 1 comprend une boîte de jonction 2 et une boîte de recirculation 3. [0034] La boîte de jonction 2 a pour fonction principale d'interfacer la canalisation entrante 31 et la canalisation sortante 32. Pour cela la boîte de jonction 2 est tubulaire sensiblement cylindrique. Elle est obtenue par une translation selon un axe A d'une première section Si. L'axe A est l'axe commun de la canalisation entrante 31 et de la canalisation sortante 32. La boîte de jonction 2 présente ainsi une forme de cylindre généralisé, sensiblement fermée sur sa surface génératrice de manière à assurer l'étanchéité au gaz. De même la canalisation entrante 31 et la canalisation sortante 32 sont sensiblement cylindriques selon l'axe A, respectivement selon une deuxième section S2 et une troisième section S3. La boîte de jonction est apte à s'interfacer par une de ses extrémités à la canalisation entrante 31 et par l'autre de ses extrémités à la canalisation sortante 32. Pour cela, ses sections d'extrémités sont ouvertes afin de laisser passer le gaz. La boîte de jonction 2, grâce à sa forme, peut s'intercaler entre la canalisation entrante 31 et la canalisation sortante 32. Selon un mode de réalisation illustré, l'extrémité supérieure, présente une section sensiblement identique à la deuxième section S2 de la canalisation entrante 31, par exemple légèrement augmentée, afin que la canalisation entrante 31 puisse s'interfacer par emmanchement de la canalisation entrante 31 dans la boîte de jonction 2. L'extrémité inférieure, présente une section sensiblement identique à la troisième section S3 de la canalisation sortante 32, par exemple légèrement diminuée, afin que la canalisation sortante 32 puisse s'interfacer par emmanchement de la boîte de jonction 2 dans la canalisation sortante 32. [0035] On entend ici par sensiblement cylindrique, tant pour la boite de jonction 2 que pour les canalisations entrante 31 ou sortante 32, une forme approchant un cylindre. Ladite forme peut s'éloigner d'un cylindre soit localement soit globalement, ou encore soit axialcment, soit transversalement en ce que la section est sensiblement circulaire. Localement peut comprendre un accident d'étendue réduite telle un perçage, une gorge ou un épaulement dans un plan transverse ou encore une rainure le long, par exemple d'une génératrice ou selon une hélice. Globalement peut comprendre une variation axiale, telle une conicité ou une forme concave ou convexe des génératrices, ou encore une variation transversale avec une section non exactement circulaire, mais plutôt une section ovale ou ellipsoïdale ou encore comprenant au moins un méplat ou encore une section polyédrique, telle une section hexagonale. [0036] Dans le cas illustré, la deuxième section 52 et la troisième section S3 sont identiques. Aussi la première section S1 est avantageusement identique à ces deux sections S2, S3. Si la deuxième section S2 est différente de la troisième section S3, la boîte de jonction 2 présente avantageusement une section SI variable depuis la deuxième section S2 jusqu'à la troisième section S3, la boîte de jonction 2 assurant ainsi une fonction d'adaptation entre les deux canalisations 31. 32. [0037] Selon une caractéristique importante de l'invention, la boîte de jonction 2 comprend encore une première lumière 4. Cette lumière 4 est ménagée dans la surface génératrice de la boîte de jonction 2. Avantageusement cette première lumière 4 est obtenue par projection d'une surface inscrite dans un rectangle 5 présentant une dimension axiale 6 selon l'axe A sensiblement égale à la dimension axiale lx selon l'axe A de la boîte de jonction 2 et de largeur 7 supérieure à la dimension axiale 6 du rectangle 5. [0038] La première lumière 4 est destinée à laisser passer le flux de recirculation. Aussi sa surface, conditionnant le débit, doit être maximisée. El a été mentionné que la dimension axiale ix est réduite et ne peut être augmentée. Cette dimension axiale ix contraint la dimension de la lumière 4 selon l'axe A. Aussi la dimension axiale 6 du rectangle 5 définissant par projection la lumière 4 est nécessairement inférieure à lx, tout en étant aussi grande que le permet le boîtier de piquage 1. [0039] Puisque cette dimension axiale est contrainte, l'augmentation de la surface de la 6 lumière 4 est obtenue, selon l'invention, en augmentant autant que possible la largeur 7 du rectangle 5. La section 52, S3 des canalisations est grande devant la dimension axiale 1 x. Aussi la largeur 7 du rectangle 5 peut avantageusement être prise au moins égale et avantageusement supérieure à la dimension axiale 6 du rectangle 5. [0040] Relativement à l'art antérieur qui utilise une lumière circulaire, la surface de la lumière 4 est ainsi nettement augmentée, d'une part par l'adoption d'une surface rectangulaire qui ajoute les coins et d'autre part par la proportion de l'augmentation de la largeur 7 relativement à la dimension axiale 6. Sur la figure 5 est illustré en superposition sur le rectangle 5, la surface C obtenue avec un piquage circulaire, de diamètre maximal égal à la dimension axiale 6, bien moindre que la surface du rectangle 5. [0041] La largeur 7 est beaucoup moins contrainte que la dimension axiale 6. Ainsi, au maximum, ladite largeur 7 peut être sensiblement égale à la largeur 8 de la première section Sl. [0042] La surface de projection définissant la lumière 4 est inscrite dans le rectangle 5 ainsi défini. Sachant que l'on souhaite maximiser la surface passante de la lumière 4, ladite surface est préférentiellement maximisée et donc égale à celle du rectangle 5. [0043] La boîte de recirculation 3 complète le boîtier de piquage 1 et est connectée à la boîte de jonction 2 par la première lumière 4, soit latéralement, relativement à l'axe A. [0044] La boîte de recirculation 3 peut être de forme quelconque. Selon un mode de réa- lisation avantageux, la boîte de recirculation 3 présente une forme sensiblement diédrique. Ledit dièdre comprend cinq faces, deux faces sensiblement triangulaires opposées face à face, et trois faces sensiblement rectangulaires. Deux des faces sensiblement rectangulaires sont ouvertes, les trois autres faces étant fermées. Une première face ouverte comporte une deuxième lumière 9 sensiblement rectangulaire. Cette deuxième lumière 9 présente une forme sensiblement identique au rectangle 5 avec lequel elle est alignée. La deuxième lumière 9 est connectée ou confondue avec la première lumière 4. Une deuxième face ouverte comporte une troisième lumière 10 sensiblement rectangulaire. Cette troisième lumière 10 présente une largeur 11 sensiblement égale à la largeur 7 du rectangle 5 et une profondeur 12 au moins égale à la dimension axiale 6 du rectangle 5. Les deux largeurs 7, 11 sont alignées en ce qu'elles sont disposées en regard. [0045] La troisième lumière 10 est conformée pour être connectée avec la canalisation de re- circulation 33. [0046] Selon une caractéristique avantageuse, elle présente une forme rectangulaire, cor- respondant à la forme d'entrée d'un composant 34 connecté en aval. Ceci est le cas d'un radiateur 34 tel qu'illustré à la figure 3. Ainsi, avantageusement, ledit composant 34 peut directement être interfacé avec le boîtier de piquage 1, sans nécessiter de pièce d'adaptation, ce qui est classiquement le cas lorsque le piquage ou la canalisation de 7 rccirculation est de section circulaire, alors que le composant présente une section d'entrée de forme différente, par exemple rectangulaire. [0047] Le dièdre constitutif de la boîte de recirculation 3 est avantageusement configuré et disposé de manière à réaliser un changement de direction entre la direction du piquage, sensiblement horizontale à la figure 3 et la direction de la canalisation de recirculation 33, sensiblement verticale à la figure 3. Aussi, ledit dièdre présente un angle tel que la première face et la deuxième face présentent entre elles l'angle souhaité entre le piquage et la canalisation de rccirculation 33, soit dans le mode de réalisation illustré, un angle droit, préférentiellement tel que la deuxième face, la face comprenant la troisième lumière 10, soit normale à l'axe A. [0048] Selon un mode de réalisation, tel que celui illustré, la première section Sl, la deuxième section S2 et la troisième section S3 sont circulaires. [0049] Selon un mode de réalisation avantageux, plus particulièrement illustré par la figure 6, le boîtier de piquage 1 est avantageusement réalisé en deux demi-coquilles l a, 1 b séparées selon un plan normal à l'axe A, soit un plan horizontal, dans la vue de la figure 6. Ces deux demi-coquilles l a, 1b sont fabriquées séparément, afin de simplifier leur mise en forme. La fabrication des demi-coquilles la, lb peut être réalisé par tout moyen, avantageusement par emboutissage. Elles sont encore aptes à être assemblées pour former le boîtier de piquage 1. L'assemblage peut être réalisé par tout moyen, tel un brasage ou encore un soudage. [0050] La matière du boîtier de piquage 1 est apte à supporter les températures des gaz d'échappement, soit préférentiellement métallique. [0051] L'invention concerne encore une ligne d'échappement 30 d'un moteur à combustion interne comprenant une unité de dépollution 35 comportant deux éléments 36, 37 et un piquage de recirculation de gaz d'échappement, où le piquage de recirculation est réalisé au moyen d'un tel boîtier de piquage 1, disposé entre les deux éléments 36, 37. [0052] Dans une telle ligne d'échappement 30, d'amont en aval, le premier élément 36 comprend un catalyseur et le deuxième élément 37 comprend un filtre à [0053] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. 8 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSBoîtier de piquage (1) de gaz d'échappement hors d'une ligne d'échappement (30) d'un moteur à combustion interne vers une canalisation de recirculation (33), caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de jonction (2) et une boîte de recirculation (3), la boîte de jonction (2) étant tubulaire sensiblement cylindrique selon un axe (A) et une première section (SI), apte à s'interfacer par une de ses sections d'extrémité avec une canalisation entrante (31) et à s'interfacer par l'autre de ses sections d'extrémité avec une canalisation sortante (32), les canalisations entrante (31) et sortante (32) formant la ligne d'échappement (30), étant sensiblement cylindriques selon l'axe (A), respectivement selon une deuxième section (S2) et une troisième section (S3), sensiblement identiques à la première section (51), ladite boîte de jonction (2) comportant une première lumière (4) ménagée dans sa surface généranice, obtenue par projection d'une surface inscrite dans, préférentiellement égale à, un rectangle (5) présentant une dimension axiale (6) selon l'axe (A) sensiblement égale à la dimension axiale (lx) selon l'axe (A) de la boîte de jonction (2) et de largeur (7) supérieure à la dimension axiale (6) du rectangle (5), et la boîte de recirculation (3) étant connectée à la boîte de jonction (2) par la première lumière (4). Boîtier de piquage (1) selon la revendication 1, où la largeur (7) du rectangle (5) est sensiblement égale à la largeur (8) de la première section (S1). Boîtier de piquage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, où la boîte de recirculation (3) présente une forme sensiblement diédrique fermée sur trois de ses faces, une première face ouverte comportant une deuxième lumière (9) sensiblement rectangulaire alignée et de forme sensiblement identique au rectangle (5) et connectée avec la première lumière (4), et une deuxième face ouverte comportant une troisième lumière (10) sensiblement rectangulaire présentant une largeur (11) sensiblement égale et alignée avec la largeur du rectangle (7) et une profondeur (12) au moins égale à la dimension axiale (6) du rectangle (5), ladite troisième lumière (10) étant apte à être connectée avec la canalisation de recirculation (33). Boîtier de piquage (1) selon la revendication 3, où la troisième lumière (10) est dimensionnée pour s'adapter à une forme sensiblement rectangulaire d'entrée d'un composant (34) connecté en aval, tel un 9 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] radiateur. Boîtier de piquage (1) selon rune quelconque des revendications 3 ou 4, où le dièdre présente un angle tel que la première face et la deuxième face soient sensiblement perpendiculaires, avec préférentiellement la deuxième face normale à l'axe (A). Boîtier de piquage (1) selon rune quelconque des revendications 1 à 5, où la première section (S1), la deuxième section (S2) et la troisième section (S3) sont circulaires. Boîtier de piquage (1) selon rune quelconque des revendications 1 à 6, comprenant deux demi-coquilles (1 a, 1 b) séparées par un plan normal à l'axe (A), aptes à être assemblées pour former le boîtier de piquage (1). Ligne d'échappement (30) d'un moteur à combustion interne comprenant une unité de dépollution (35) comportant deux éléments (36, 37) et un piquage de rccirculation de gaz d'échappement, caractérisé en cc que le piquage de recirculation comprend un boîtier de piquage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, disposé entre les deux éléments (36, 37). Ligne d'échappement (30) selon la revendication précédente, où d'amont en aval, le premier élément (36) comprend un catalyseur et le deuxième élément (37) comprend un filtre à particule.