Brevet FR3097598A1 — publié le 20201225

Description Titre de l'invention : Circuit de recirculation de gaz d'échappement [0001] L'invention concerne le domaine des circuits de recirculation de gaz d'échappement de moteurs thermiques. [0002] De nombreux moteurs thermiques suralimentés par un turbocompresseur sont équipés d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement du moteur, plus particulièrement d'un circuit de recirculation à basse pression, également appelé circuit « EGR LP » selon l'acronyme anglais correspondant qui signifie « Exhaust Gas Recycling Low Pressure ». [0003] Un tel circuit de recirculation à basse pression de gaz d'échappement est connu en soi. Il est agencé pour prélever une partie des gaz d'échappement du moteur et pour l'introduire dans le circuit d'admission. Le prélèvement des gaz d'échappement est réalisé en un point. du circuit d'échappement situé en aval de la turbine du turbocompresseur. La turbine opère la détente des gaz qui la traversent, ce qui explique que les gaz soient à basse pression dans le circuit. de recirculation de gaz d'échappement. L'introduction dans le circuit. d'admission est réalisée en un point situé en amont du compresseur du turbocompresseur avant la compression par le compresseur des gaz qui le traversent.. [0004] L'intérêt d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement est reconnu pour réduire la présence de certains polluants dans les gaz de combustion d'un moteur. Lorsqu'il est combiné à un moteur alimenté avec du diesel, il permet de réduire les émissions d'oxydes d'azote (N0x). Lorsqu'il est combiné à un moteur alimenté avec de l'essence, il permet d'augmenter l'avance à l'allumage en refroidissant la combustion et en repoussant la limite de l'apparition du cliquetis, ce qui permet d'améliorer le rendement du moteur. [0005] Cependant, les circuits classiques de recirculation à basse pression des gaz présentent l'inconvénient d'endommager la roue du compresseur. En effet, les gaz d'échappement chauds introduits dans le circuit d'admission ont tendance à se condenser au contact de l'air frais, ce qui provoque la formation de gouttes qui corrodent la roue du compresseur. [0006] Pour limiter la condensation des gaz d'échappement avant qu'ils atteignent le com- presseur, il existe des circuits de recirculation de gaz d'échappement comportant : - un premier conduit, s'étendant dans une direction principale de circulation d'un flux d'air frais ; - un deuxième conduit, formant un angle non nul avec le premier conduit, d'introduction latérale d'un flux de gaz d'échappement dans le premier conduit, et - un tube, coaxial au premier conduit, de guidage sur une longueur L déterminée de 2 l'un de ces deux flux par rapport à l'autre, à l'intérieur du premier conduit. [0007] Bien qu'efficaces contre la condensation et simples de mise en oeuvre, de tels circuits, dont un exemple est illustré dans le document W020789565, ne sont pas satisfaisant d'un point de vue de la dynamique des fluides dans le compresseur. [0008] Dans de tels circuits existants, le tube de guidage est relié au flux de gaz d'échappement en amont du point d'introduction latérale du flux de gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont ainsi guidés par le tube de guidage jusqu'à l'axe du premier circuit. À la sortie du tube de guidage, les gaz d'échappement sont introduits au centre de la veine d'air frais, ce qui perturbe fortement le flux et engendre des pertes de charge. [0009] L'invention propose une solution visant à pallier les inconvénients précités. Un objectif de l'invention est de limiter la condensation des gaz d'échappement lors de leur mélange avec l'air frais pour réduire le risque d'endommagement de la roue du compresseur, tout limitant les pertes de charge. [0010] L'invention propose un circuit de rccirculation à basse pression de gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule comportant : - un premier conduit, s'étendant dans une direction principale, de circulation d'un flux d'air frais ; - un deuxième conduit, formant un angle non nul avec le premier conduit, d'introduction latérale d'un flux de gaz d'échappement dans le premier conduit, - un tube, coaxial au premier conduit, de guidage sur une longueur L déterminée de l'un (lesdits deux flux par rapport à l'autre à l'intérieur du premier conduit, le tube de guidage étant relié au flux d'air frais en amont du point d'introduction latérale du flux de gaz d'échappement, et s'étendant au-delà de ce point d'introduction. [0011] Le tube de guidage peut comporter un tronçon d'extrémité amont de section dé- croissante et relié à la paroi interne du premier conduit. [0012] Le tube de guidage peut comporter une portion cylindrique en aval du tronçon d'extrémité amont. [0013] Le premier conduit ayant une section circulaire de rayon R, la portion cylindrique peut avoir une base circulaire de rayon r, le ratio r/R étant compris entre 0,80 et 0,95 et de préférence entre 0,84 et 0,86. [0014] Le premier conduit ayant une section circulaire de rayon R, le ratio L/R peut être compris entre 1,50 et 2,00 et de préférence entre 1,70 et 1,80. [0015] Le deuxième conduit peut former un angle de rc/2 radians avec le premier conduit. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : 3 [0017] [fig.1] représente schématiquement un système de suralimentation d'un moteur thermique comportant un turbocompresseur et un circuit de recirculation à basse pression de gaz d'échappement du moteur ; [0018] [fig.2] représente schématiquement une coupe longitudinale, selon la ligne H-II de la figure 3, d'un circuit de recirculation à basse pression de gaz d'échappement d'un moteur thermique selon un mode de réalisation de l'invention ; et [0019] [fig.3] représente schématiquement une coupe transversale du circuit de recirculation à basse pression de gaz d'échappement selon la ligne III-III de la figure 2. [0020] La figure 1 représente un système S de suralimentation d'un moteur thermique 3. Le moteur thermique 3 est relié en amont à un circuit d'admission 13 alimentant le moteur avec un flux de gaz d'admission 12 et en aval à un circuit d'échappement 14 évacuant les gaz d'échappement 2 issus du fonctionnement du moteur thermique 3. [0021] Le système S de suralimentation comporte un turbocompresseur 19 et un circuit 1 de recirculation à basse pression de gaz d'échappement 2 du moteur thermique 3. [0022] Le turbocompresseur 19 comporte une turbine 9 et un compresseur 10. [0023] La turbine 9 est placée dans le circuit d'échappement 14 sur le trajet des gaz d'échappement 2. Les gaz d'échappement 2 entraînent en rotation la turbine 9. [0024] Le compresseur 10 est placé dans le circuit d'admission 13 sur le trajet du flux d'admission 12. [0025] Le compresseur 10 est lié en rotation par un arbre 109 avec la turbine 9. Lorsqu'elle tourne, la turbine 9, entraîne en rotation le compresseur 10 par l'intermédiaire de l'arbre 109. Lorsque le compresseur 10 tourne, il comprime les gaz du flux d'admission 12 qui le traversent. [0026] Le circuit 1 de recirculation à basse pression de gaz d'échappement 2 comporte un premier conduit 4 et un deuxième conduit 6. [0027] Le premier conduit 4 est situé en amont du compresseur 10. Le premier conduit 4 est coaxial à l'axe de rotation du compresseur 10. Le premier conduit 4 est un conduit d'amenée d'un flux d'air frais 5. [0028] Le deuxième conduit 6 forme un angle a non nul avec le premier conduit 4. L'angle a peut avoir une valeur positive inférieure ou égale à 7/2 radians. Le deuxième conduit introduit latéralement un flux de gaz d'échappement 20 dans le premier conduit 4 en un point 8 d'introduction. On entend par point 8 d'introduction, l'intersection ou point de raccordement entre le premier conduit 4 et le deuxième conduit 6. [0029] Le flux de gaz d'échappement 20 est une partie des gaz d'échappement 2 issus du moteur thermique 3. Le flux de gaz d'échappement 20 est prélevé en un point 15 du circuit d'échappement 14 situé en aval de la turbine 9. [0030] En aval du point 8 d'introduction, un mélange 11 d'air fiais et de gaz d'échappement circule dans le premier conduit. Le mélange 11 d'air frais et de gaz d'échappement aliment le compresseur 10. [0031] Conformément à ce qui a été décrit en figure 1, le circuit 1 de recirculation à basse pression de gaz d'échappement 2 comporte un premier conduit 4 et un deuxième conduit 6. Le premier conduit 4 s'étend dans une direction axiale principale A. Le deuxième conduit 6 forme un angle a, qui vaut rt/2 radians dans l'exemple représenté. [0032] Dans l'exemple, le premier conduit 4 a une section 40 circulaire de rayon R. [0033] A titre illustratif, le deuxième conduit 6 a une section circulaire de rayon r' inférieur à R. [0034] Le circuit 1 comporte un tube 7 de guidage placé à l'intérieur du premier conduit 4. Le tube 7 est coaxial au premier conduit 4 et s'étend selon la direction axiale A. [0035] Le tube 7 s'étend axialement sur une longueur L entre une extrémité amont 711 et une extrémité aval 722. L'extrémité amont 711 est située axialement en amont du point 8 d'introduction et l'extrémité aval 722 est située axialement en aval du point 8 d'introduction. [0036] Le tube 7 de guidage comporte un tronçon 71 d'extrémité amont comprenant l'extrémité amont 711. Le tronçon 71 d'extrémité amont a une section 710 décroissante. Dans l'exemple illustré, le tronçon 71 d'extrémité amont a une forme tronconique. [0037] Le tronçon 71 d'extrémité amont est relié à la paroi interne 41 du premier conduit 4 au niveau de l'extrémité amont 711. Le tronçon 71 d'extrémité amont est par exemple soudé, collé ou emmanché en force dans le premier conduit 4. [0038] Le tube? de guidage comporte une portion 72 cylindrique en aval du tronçon 71 d'extrémité amont. Dans l'exemple, la portion 72 cylindrique a une base 720 circulaire de rayon r. L'intersection entre le tronçon 71 d'extrémité amont et la portion cylindrique est un cercle de rayon r. [0039] Le ratio r/R peut être compris entre 0,80 et 0,95 et de préférence entre 0,84 et 0,86. [0040] Le ratio L/R peut être compris entre 1,50 et 2,00 et de préférence entre 1,70 et 1,80. [0041] Le circuit 1 comporte par exemple un raccord en T. [0042] Le tube 7 de guidage peut comporter du métal ou du plastique. [0043] Lorsque le moteur 3 est en marche, un flux d'air frais 5 est admis dans le premier conduit 4 et un flux de gaz d'échappement 20 est introduit latéralement dans le premier conduit 4 au point 8 d'introduction. Le tube 7 de guidage est relié au flux d'air frais 5 et l'air frais 5 est guidé dans le tube 7 de guidage sur la longueur L. Au-delà du point 8 d'introduction, le flux de gaz d'échappement se propage dans le premier conduit 4 à l'extérieur du tube 7 de guidage. Le flux d'air frais 5 et le flux de gaz d'échappement 20 se propagent de manière concentrique, le flux de gaz d'échappement 20 étant en périphérie du flux d'air frais 5. [0044] Le flux d'air frais 5 et le flux de gaz d'échappement 20 sont guidés sur la longueur L et demeurent sensiblement parallèles à la sortie du tube 7 de guidage. [0045] En aval du tube 7 de guidage, le flux d'air frais 5 et le flux de gaz d'échappement 20 se mélangent uniquement en périphérie du premier conduit 4 et immédiatement avant l'entrée dans le compresseur. Les flux demeurent laminaires sans turbulences liées au mélange. [0046] La condensation des gaz d'échappement est limitée et la quantité de gouttes formées est réduite par rapport à l'art antérieur. La taille des gouttes est également réduite. La quantité d'eau liquide à l'entrée du compresseur est réduite de 40%, 59% ou de 68% en fonction du point de fonctionnement. [0047] Les gouttes se forment uniquement en périphérie, au niveau du mélange entre les deux flux de gaz. La quantité d'eau à l'état liquide est pratiquement nulle au centre de la roue du compresseur cc qui permet de réduire fortement les risques de l'endommager. [0048] Un tel circuit 1 de rccirculation de gaz d'échappement est simple de mise en oeuvre et peu coûteux. Il nécessite peu de tuyauterie. Hormis l'introduction du tube de guidage dans le premier conduit, il ne suppose pas de modification de l'agencement existant. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Circuit (1) de recirculation à basse pression dc gaz d'échappement (2) d'un moteur thermique (3) de véhicule comportant : - un premier conduit (4), s'étendant dans une direction principale (A), de circulation d'un flux d'air frais (5) ; - un deuxième conduit (6), formant un angle (a) non nul avec le premier conduit (4), d'introduction latérale d'un flux de gaz d'échappement (20) dans le premier conduit (4), - un tube (7), coaxial au premier conduit (4), de guidage sur une longueur L déterminée de l'un desdits deux flux (5, 20) par rapport à l'autre à l'intérieur du premier conduit (4), caractérisé en ce que le tube (7) de guidage est relié au flux d'air fi-ais (5) en amont du point (8) d'introduction latérale du flux de gaz d'échappement (20), et s'étend au-delà de ce point (8) d'introduction. [Revendication 2] Circuit (1) de recirculation à basse pression de gaz d'échappement (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (7) de guidage comporte un tronçon (71) d'extrémité amont de section (710) décroissante et relié à la paroi interne (41) du premier conduit (4). [Revendication 3] Circuit (1) de recirculation à basse pression de gaz d'échappement (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (7) de guidage comporte une portion (72) cylindrique en aval du tronçon (71) d'extrémité amont. [Revendication 4] Circuit (1) de recirculation à basse pression de gaz d'échappement (2) selon la revendication 3, le premier conduit (4) ayant une section (40) circulaire de rayon R, caractérisé en ce que la portion (72) cylindrique a une base (720) circulaire de rayon r, le ratio r/R étant compris entre 0,80 et 0,95 et de préférence entre 0,84 et 0,86. [Revendication 5] Circuit (1) de recirculation à basse pression de gaz d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le premier conduit (4) ayant une section (40) circulaire de rayon R, caractérisé en ce que le ratio L/R est compris entre 1,50 et 2,00 et de préférence entre 1,70 et 1,80. [Revendication 6] Circuit (1) de recirculation à basse pression de gaz d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que le deuxième conduit (6) forme un angle (a) de n/2 radians avec le premier conduit (4).