EP2042723A1 - Dispositif de filtrage des gaz de recirculation d'un moteur à combustion - Google Patents

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EP2042723A1
EP2042723A1 EP08300261A EP08300261A EP2042723A1 EP 2042723 A1 EP2042723 A1 EP 2042723A1 EP 08300261 A EP08300261 A EP 08300261A EP 08300261 A EP08300261 A EP 08300261A EP 2042723 A1 EP2042723 A1 EP 2042723A1
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EP
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egr valve
grid
filtering
exhaust
cleaning
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EP08300261A
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Aurélien Nerriere
Johann William
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Renault SA
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Renault SA
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust

Definitions

  • the present invention relates to the depollution of combustion engines, in particular turbocharged engines. More specifically, it relates to exhaust gas recirculation systems, to the engine intake, so-called EGR systems, for "Exhaust Gas Recirculation" in English, which in particular to limit the emission of nitrogen oxides , or NOx.
  • This invention relates to an exhaust gas filtering device taken from the exhaust pipe of a heat engine downstream of a pollution control member under the control of an EGR valve, to be sent in a pipe recirculation, to the engine intake.
  • a second architecture consists in taking the exhaust gas downstream of a pollution control device (such as a particulate filter) to have clean gases, and to reintroduce them upstream of the compressor.
  • a pollution control device such as a particulate filter
  • This type of circuit provides better "permeability" to the EGR gas, but the pressure difference to circulate these gases is very low over a large part of the operating range of the engine.
  • An exhaust flap, placed downstream of the EGR tap, is therefore used to generate a counterpressure, which can facilitate the recirculation of the exhaust gases towards the intake.
  • the present invention aims to prevent fouling of the engine, without penalizing the EGR loop.
  • the filtering member is mechanically coupled to the EGR valve.
  • it is a pivoting grid placed at the entrance of the recirculation pipe.
  • FIG. 1 there is shown a intake duct 1 turbocharged engine, with its fresh air inlet 2, and the wheel 3 of the compressor.
  • the exhaust line 4 of the same engine (not shown) has a particle filter 6.
  • a recirculation duct 7 of the exhaust gas starts downstream of the filter 6.
  • the EGR circuit is of the "low pressure" type, since the gases are taken downstream of a depollution device 6.
  • the recirculation is controlled by the EGR valve 8, disposed inside the recirculation duct 7, which returns the gases to the inlet, after passing through a cooler 9.
  • the valve 8 is placed under the control of the engine computer (not shown).
  • the exhaust duct 4a carries an exhaust flap 10, the control of which makes it possible, depending on the circumstances, to establish the counterpressure necessary for the good recirculation of the exhaust gases towards the intake .
  • the figure 1 finally shows the exhaust gas filtering device proposed by the invention, which comprises a filter member, such as a self-cleaning grid 11 whose operation is coupled to that of the EGR valve 8.
  • the filter member may be constituted by a pivoting grid placed at the inlet of the recirculation pipe 7.
  • the filtering grid 11 and the EGR valve 8, can thus be mechanically coupled by a rod 12, without this provision being mandatory, because, in the context of the invention, any type of control link between these two elements can be implemented.
  • the link 12 is articulated on two legs 13 15, fixed rigidly on the annular support 11a of the gate 11, and on the pivoting flap 8a of the EGR valve 8, for example at their respective pivot axes.
  • the grid 11 can pivot between a first filtering position ( figure 3 ), where it extends through the recirculation line, and a second cleaning position ( figure 4 ), where it extends through the exhaust duct.
  • the grid 11 covers the starting opening of the recirculation duct, so as to retain the solid particles contained in the exhaust gas, in particular those due to the aging of the particulate filter, and to avoid that they are returned to the inlet with the recirculation gases: the gate 11 is in the filtering position when the EGR valve 8 is open, that is to say when at least a portion of the exhaust gases are returned to the intake.
  • the EGR valve In the second position, where cleaning position of the gate 11, the EGR valve is closed 8. The gate then extends through the exhaust pipe 4a. It is thus swept by the exhaust gases, so that the particles accumulated in the first position are detached therefrom and carried away by the flow.
  • the gate 11 is coupled by a link to the EGR valve, and is transverse to the main direction of gas flow (axis of the exhaust pipe), in the position of cleaning.
  • the gate 11 is coupled by a link to the EGR valve, and is transverse to the main direction of gas flow (axis of the exhaust pipe), in the position of cleaning.
  • the main interest of the proposed device is to remove the periodic replacements of the grid, since it never fills with particles.
  • Its cleaning strategy can advantageously be associated with the operation of the engine (cold start or hot running), for example as follows: to adopt the cleaning position in operating mode. cold start, where the engine exhaust flap is generally closed or partially closed, adopt the filter position in hot operating mode, where the exhaust flap is generally open or partially closed.
  • the invention thus proposes a method for controlling a self-cleaning filter element for exhaust gas sent in recirculation, composed of a grid 11 mechanically coupled to an EGR valve 8, according to which this grid is in the cleaning position by the exhaust gas when the EGR valve is closed, and in the exhaust gas filtering position when it is open.
  • the main quality of the filtering grid is to be self-cleaning, thanks to the proposed device. Indeed, it stops the debris of the filter at the start of the EGR loop, and is cleaned automatically by scanning, between the recirculation phases.

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Abstract

Dispositif de filtrage de gaz d'échappement prélevés sur le conduit d'échappement (4a) d'un moteur thermique en aval d'un organe de dépollution (6) sous le contrôle d'une vanne EGR (8), pour être envoyés dans une conduite de recirculation (7) vers l'admission du moteur, caractérisé en ce qu 'il comporte un organe de filtrage autonettoyant (11) des gaz envoyés en recirculation, dont le fonctionnement est lié à celui de la vanne EGR (8).

Description

  • La présente invention concerne la dépollution des moteurs à combustion, en particulier des moteurs turbocompressés. Plus précisément, elle se rapporte aux systèmes de recirculation des gaz d'échappement, vers l'admission du moteur, dits systèmes EGR, pour « Exhaust Gas Recirculation » en anglais, qui permettent notamment de limiter l'émission d'oxydes d'azote, ou NOx.
  • Cette invention a pour objet un dispositif de filtrage de gaz d'échappement prélevés sur le conduit d'échappement d'un moteur thermique en aval d'un organe de dépollution sous le contrôle d'une vanne EGR, pour être envoyés, dans une conduite de recirculation, vers l'admission du moteur.
  • Dans un moteur turbocompressé, le piquage des gaz envoyés en recirculation peut être effectué en amont de la turbine du turbocompresseur. Leur réintroduction dans le circuit d'admission est alors opérée en aval du boîtier de coupure. L'inconvénient majeur de ce type de circuit, dit circuit « EGR haute pression », est la limitation du taux d'EGR pour un niveau de pression de suralimentation donné. Le taux d'EGR est en effet déterminé par le différentiel de pression existant entre la pression avant turbine, et la pression dans le collecteur d'admission.
  • Une seconde architecture, dite « EGR basse pression », consiste à prélever les gaz d'échappement en aval d'un organe de dépollution (tel qu'un filtre à particules) pour avoir des gaz propres, et à les réintroduire en amont du compresseur. Ce type de circuit assure une meilleure « perméabilité » aux gaz EGR, mais la différence de pression permettant de faire circuler ces gaz est très faible sur une majeure partie de la plage de fonctionnement du moteur. On a donc recours à un volet à l'échappement, placé en aval du piquage EGR, pour générer une contre pression, propre à faciliter la recirculation des gaz d'échappement vers l'admission.
  • Un des inconvénients d'un tel système reste que, des particules solides, dues au vieillissement du filtre à particules, peuvent emprunter le circuit EGR, et être ainsi réintroduites à l'admission.
  • La présente invention vise à éviter l'encrassement du moteur, sans pénaliser la boucle EGR.
  • Dans ce but, elle prévoit de coupler le fonctionnement d'un organe de filtrage autonettoyant des gaz envoyés en recirculation, à celui de la vanne EGR.
  • De préférence, l'organe de filtrage est couplé mécaniquement à la vanne EGR.
  • Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, c'est une grille pivotante, placée à l'entrée de la conduite de recirculation.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 montre schématiquement l'implantation du dispositif dans une architecture EGR,
    • la figure 2, montre en perspective, un mode de réalisation non limitatif du dispositif, et
    • les figures 3 et 4 illustrent son fonctionnement.
  • Sur la figure 1, on a représenté un conduit d'admission 1 de moteur turbocompressé, avec son entrée d'air frais 2, et la roue 3 du compresseur. La ligne d'échappement 4 du même moteur (non représenté), présente un filtre à particules 6. Un conduit de recirculation 7 des gaz d'échappement démarre en aval du filtre 6. Le circuit EGR est du type « basse pression », puisque les gaz sont prélevés, en aval d'un organe de dépollution 6. La recirculation est commandée par la vanne EGR 8, disposée à l'intérieur du conduit de recirculation 7, qui renvoie les gaz vers l'admission, après avoir traversé un refroidisseur 9. La vanne 8 est placée sous le contrôle du calculateur du moteur (non représenté). Après le départ du conduit 7, le conduit d'échappement 4a porte un volet d'échappement 10, dont la commande permet d'établir, selon les circonstances, la contre pression nécessaire à la bonne recirculation des gaz d'échappement vers l'admission.
  • La figure 1 montre enfin le dispositif de filtrage des gaz d'échappement proposé par l'invention, qui comporte un organe de filtrage, tel qu'une grille autonettoyante 11 dont le fonctionnement est couplé à celui de la vanne EGR 8. Conformément au schéma, l'organe de filtrage peut être constitué par une grille pivotante placée à l'entrée de la conduite de recirculation 7. La grille de filtrage 11 et la vanne EGR 8, peuvent ainsi être couplés mécaniquement par une biellette 12, sans que cette disposition soit obligatoire, car, dans le cadre de l'invention, tout type de liaison de commande entre ces deux éléments peut être mise en oeuvre.
  • Sur la figure 2, qui illustre un mode de réalisation non limitatif de l'invention, on retrouve le volet 8a de la vanne EGR, la grille 11, et la biellette 12. Dans cet exemple de réalisation du dispositif, la biellette 12 est articulée sur deux pattes 13, 15, fixées rigidement sur le support annulaire 11a de la grille 11, et sur le volet pivotant 8a de la vanne EGR 8, par exemple au niveau de leurs axes de pivot respectifs.
  • En se reportant aux figures 3 et 4, on voit que la grille 11 peut pivoter entre une première position de filtrage (figure 3), où elle s'étend au travers de la conduite de recirculation, et une deuxième position de nettoyage (figure 4), où elle s'étend au travers du conduit d'échappement.
  • Dans la première position, la grille 11 couvre l'ouverture de départ du conduit de recirculation, de manière à retenir les particules solides, contenues dans las gaz d'échappement, notamment celles qui sont dues au vieillissement du filtre à particules, et à éviter qu'elles soient renvoyées à l'admission avec les gaz de recirculation : la grille 11 est en position de filtrage lorsque la vanne EGR 8 est ouverte, c'est-à-dire lorsqu' au moins une partie des gaz d'échappement, sont renvoyés vers l'admission.
  • Dans la seconde position, où position de nettoyage de la grille 11, la vanne EGR est fermée 8. La grille s'étend alors au travers du conduit d'échappement 4a. Elle est ainsi balayée par les gaz d'échappement, de sorte que les particules accumulées dans la première position sont détachées de celle-ci, et emportées par le flux.
  • Dans le mode de réalisation non limitatif illustré par ces figures, la grille 11 est couplée par une biellette à la vanne EGR, et est transversale à la direction principale d'écoulement des gaz (axe de la conduite d'échappement), en position de nettoyage. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, on peut mettre en oeuvre d'autres dispositions, par exemple d'autres modes de couplage, mécaniques ou non, entre le volet et la grille, ou encore incliner la grille au-delà d'une position la transversale, par rapport à la direction d'écoulement des gaz dans le conduit d'échappement, de manière à faciliter son balayage, et l'évacuation des particules.
  • L'intérêt principal du dispositif proposé est de supprimer les remplacements périodiques de la grille, puisqu'elle ne se remplit jamais de particules. Sa stratégie de nettoyage peut avantageusement être associée au fonctionnement du moteur (démarrage à froid ou fonctionnement à chaud), par exemple de la façon suivante : adopter la position de nettoyage en mode de démarrage à froid, où le volet d'échappement du moteur est généralement fermé ou partiellement fermé, adopter la position de filtrage en mode de fonctionnement à chaud, où le volet d'échappement est généralement ouvert ou partiellement fermé. L'invention propose ainsi un procédé de commande d'un organe de filtrage autonettoyant de gaz d'échappement envoyés en recirculation, composé d'une grille 11 couplée mécaniquement à une vanne EGR 8, selon lequel cette grille est en position de nettoyage par les gaz d'échappement lorsque la vanne EGR est fermée, et en position de filtrage des gaz d'échappement lorsque celle-ci est ouverte.
  • En conclusion, la principale qualité de la grille de filtrage est d'être autonettoyante, grâce au dispositif proposé. En effet, elle arrête ainsi les débris du filtre au départ de la boucle EGR, et est nettoyée automatiquement par balayage, entre les phases de recirculation.

Claims (11)

  1. Dispositif de filtrage de gaz d'échappement prélevés sur le conduit d'échappement (4a) d'un moteur thermique en aval d'un organe de dépollution (6) sous le contrôle d'une vanne EGR (8), pour être envoyés dans une conduite de recirculation (7) vers l'admission du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de filtrage autonettoyant (11) des gaz envoyés en recirculation, couplé mécaniquement à la vanne EGR (8).
  2. Dispositif de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de filtrage (11) est une grille pivotante placée au départ de la conduite de recirculation (7).
  3. Dispositif de filtrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille (11) pivote entre une première position de filtrage, où elle occupe l'entrée de la conduite de recirculation (7), et une deuxième position de nettoyage, où elle s'étend au travers du conduit d'échappement (4a).
  4. Dispositif de filtrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la grille (11) est en position de filtrage lorsque la vanne EGR (8) est ouverte, et en position de nettoyage lorsque celle-ci est fermée.
  5. Dispositif de filtrage selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la vanne EGR (8) et la grille de filtrage (11) sont couplés mécaniquement par une biellette (12).
  6. Dispositif de filtrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la biellette (12) est articulée sur deux pattes (13, 15) solidaires de la vanne EGR (8) et de la grille (11)
  7. Dispositif de filtrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les biellettes sont fixées respectivement sur un support annulaire (11a) de la grille 11, et sur le volet pivotant (8a) de la vanne EGR (8).
  8. Dispositif de filtrage selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la grille (11) en position de nettoyage s'étend transversalement à l'axe du conduit d'échappement (4a).
  9. Dispositif de filtrage selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la grille (11) en position de nettoyage est inclinée au-delà de la transversale à l'axe du conduit (4a), dans le sens d'écoulement des gaz.
  10. Procédé de commande d'un un organe de filtrage autonettoyant de gaz d'échappement envoyés en recirculation, composé d'une grille (11) couplée mécaniquement à une vanne EGR (8), caractérisé en ce que la grille (11) est en position de nettoyage par les gaz d'échappement lorsque la vanne EGR (8) est fermée, et en position de filtrage des gaz d'échappement lorsque celle-ci est ouverte.
  11. Procédé de commande selon la revendication 11, caractérisé en ce que la position de nettoyage est adoptée en mode de démarrage à froid, où le volet d'échappement du moteur (10) est généralement fermé ou partiellement fermé, et en ce que la position de filtrage est adoptée en mode de fonctionnement à chaud où le volet d'échappement (10) est généralement ouvert ou partiellement fermé.
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