EP2881571B1 - Dispositif de contrôle d'un flux de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés dans un cylindre de moteur à combustion interne et module d'admission correspondant. - Google Patents

Dispositif de contrôle d'un flux de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés dans un cylindre de moteur à combustion interne et module d'admission correspondant. Download PDF

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EP2881571B1
EP2881571B1 EP14195473.5A EP14195473A EP2881571B1 EP 2881571 B1 EP2881571 B1 EP 2881571B1 EP 14195473 A EP14195473 A EP 14195473A EP 2881571 B1 EP2881571 B1 EP 2881571B1
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EP
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intake
pressure
exhaust
cylinder
sealing means
Prior art date
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Laurent Odillard
Julio GUERRA
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F02M35/10222—Exhaust gas recirculation [EGR]; Positive crankcase ventilation [PCV]; Additional air admission, lubricant or fuel vapour admission

Definitions

  • the invention relates to the field of air supply of internal combustion engines. It is more particularly multicylinder engines and devices used to control the flow of intake gas and recirculated exhaust gas to the cylinders.
  • the engines concerned may be spark ignition or compression ignition (diesel engine).
  • the engines can be supercharged or powered at atmospheric pressure.
  • exhaust gas In the following, we mean by intake gas, fresh air. Furthermore, the term “exhaust gas” will be used specifically to designate the gases resulting from a combustion process between a fuel and the feed air in the engine, recovered at the engine output, according to a method generally known in the art. the acronym EGR ("Exhaust Gas Recirculation").
  • Admission - Compression - Combustion / Relaxation - Exhaust This cycle is characterized by its efficiency, which is recognized as optimal when the losses due to the transfer of gases, also known as pump losses, during the intake and exhaust phases are minimal.
  • Deactivation is usually done by acting directly on the opening of the cylinder valves concerned, making them either completely inactive or by controlling them differently.
  • the fact of not feeding the deactivated cylinder has drawbacks.
  • the temperature in the deactivated cylinder decreases significantly, which lowers the overall temperature of the exhaust gas, especially when restarting the cylinder. Even without the passage of fresh air, this reduction in temperature is detrimental to the catalyst of the exhaust gas treatment chain.
  • One solution consists in supplying the exhaust cylinder or cylinders with exhaust gas recovered at the output of the engine. In particular, since these gases are hot and can be put back to high pressure, this makes it possible to maintain the temperature and the pressure in the deactivated cylinder.
  • the embodiment of this device generally requires flow control means in at least one of the intake manifold conduits for blocking the passage of recirculated exhaust gas or blocking the passage of the intake gas, and also a device allowing the communication between an exhaust manifold and the volume between the first means and an intake gas admission valve.
  • control means is for example described in the document US5562085 .
  • the sealing means comprises at least one piston.
  • the deactivation means comprises a rotatable member about an axis, adapted to be disposed in a duct of the intake module so that the axis is arranged substantially transversely to the duct.
  • the piston is advantageously configured to move in translation along an axis substantially perpendicular to the axis of rotation of the deactivation means.
  • the piston has on at least one surface a flat. This flat allows pressurization of the piston to the pressure at the inlet.
  • the sealing means is configured to be in contact with the deactivation means in the locking position, and has a shape complementary to the shape of the deactivation means at the contact zone. .
  • the deactivation means comprises a substantially cylindrical generally cylindrical rotary valve, comprising a lateral flank shaped to allow or block the circulation of the intake gases and / or recirculated exhaust gas, depending the angular position of the rotary plug.
  • the lateral flank is for example shaped to close the opening when the plug is in the first position, and so as to close the passage section of the intake gas from the intake manifold when the bushel is in the second position.
  • the device may comprise at least one return means arranged to bias the sealing means towards the release position of the deactivation means.
  • the sealing means is thus controlled to the pressures at the intake and exhaust of the engine, while being subjected to the force of the spring.
  • the sealing means is pushed into the release position of the sealing means, that is to say towards the arrival of the exhaust gases under the effect of the difference of intake / exhaust pressure and under the effect of the compression spring.
  • the spring allows to change the engine speed limit for locking the deactivation means.
  • the device comprises a closing cap arranged vis-à-vis the sealing means, shaped to allow the arrival of the exhaust gas and having at least one pressurizing means to the exhaust, such as an orifice for the passage of the exhaust gas.
  • the invention also relates to an air intake module of an internal combustion engine comprising at least one control device as defined above.
  • the intake module is configured for an internal combustion engine comprising at least two cylinders, said module comprising at least two control devices as defined above, each of said devices being arranged to feed one of said cylinders and the two devices being controlled independently of one another.
  • the invention relates to an admission module M, partially visible on the figure 1 , intended to be placed on the cylinder head of an engine and which comprises, for each cylinder of a multicylinder engine, at least one duct 1 intended to extend in the cylinder head to supply the cylinder with intake gas.
  • the intake module M has an intake manifold 3 in which opens (s) the (s) conduit (s) 1.
  • the intake manifold 3 is supplied with intake gas by a system not shown in the figures.
  • the intake manifold 3 may have a general shape of a substantially parallelepiped box.
  • the intake manifold 3 is configured to distribute the intake gas flows between the ducts 1 respectively associated with a cylinder of the engine according to the illustrated example.
  • the intake manifold 3 may comprise a heat exchanger 4 through which the inlet gases pass before being distributed in the supply ducts of the various cylinders.
  • the heat exchanger 4 is configured to cool the air of overeating.
  • Such a heat exchanger 4 is generally called "RAS" charge air cooler.
  • the heat exchanger 4 can be integrated in the intake manifold 3 or alternatively be deported.
  • the volume of the intake manifold 3 can be placed in fluid communication with an exhaust manifold (not shown in the figures) so as to allow recirculation of the exhaust gas recovered at the engine outlet in one or more cylinders to be deactivated, especially when operating at low load or when the requested power can be provided by only part of the cylinders. Indeed, when the engine speed is low, the deactivation of a cylinder makes it possible to reduce the losses by pumping.
  • the intake module M comprises a device 100 for controlling the flow of the intake gases and / or the recirculated exhaust gases.
  • the control device 100 makes it possible to control the flow of a flow of intake gas into a cylinder or the circulation of exhaust gas in a cylinder to be deactivated.
  • the control device 100 may be arranged on the admission module M at at least one associated conduit 1.
  • control device 100 for the deactivation of at least two ducts 1 side by side.
  • control device 100 there may be a control device 100 associated with a single conduit 1; in the case of several control devices 100 they are then independent of each other.
  • each intake duct is equipped with a specific control device 100 having a control means independent of the other control devices 100.
  • the control device 100 advantageously comprises a mechanical system controlling only the movement of the deactivating means 5.
  • the deactivation means 5 is for example embodied in the form of a rotary member, such as a flap or a plug, arranged at the mouth of a duct 1 in the intake manifold 3, as can be seen on the Figures 5 and 6 .
  • the deactivation means comprises a rotary plug 5 which is better visible on the figures 2 and 7 .
  • the plug 5 has a substantially cylindrical overall shape with a longitudinal axis R.
  • the plug 5 is configured to rotate about its axis R.
  • the plug 5 is able to be arranged in the duct 1 so that its axis R is arranged substantially transversely with respect to the duct 1.
  • the inner shape of the duct 1 is delimited by two walls 6 and 7 facing each other, and the plug 5 extends longitudinally along the axis R substantially parallel to the two walls 6 and 7.
  • the plug 5 has a diameter D greater than the distance d between the two walls 6, 7.
  • the plug 5 may further comprise two cups 10 of substantially circular shape, connected to the ends of the transverse portion 9.
  • the lateral flank or transverse part 9 is able to extend substantially parallel to the plane walls 6 and 7 when the plug 5 is arranged in the duct 1.
  • the transverse part is shaped so as to allow or block the circulation of the intake gas F and / or the recirculated exhaust gas EGR, as a function of the angular position of the plug 5.
  • the transverse portion 9 has an inner face 12 intended to be oriented towards the inside of the duct 1 when the plug 5 is disposed in the duct 1.
  • This inner face 12 is for example suitable for forming a gas deflector. exhaust when the bushel 5 is in the second position.
  • the plug 5 provides the flow control function, allowing the inlet gas to pass into the first position and blocking it in the second position.
  • the plug 5 is in the first position leaving completely free the passage in the duct 1 of the intake gas flow to feed the cylinder located below (relative to the orientation of the Figures 3a and 3b ).
  • the transverse portion 9 obstructs the opening 13 made in the duct 1 for connection to the exhaust gas.
  • the plug 5 has been rotated by a predefined rotation angle about the axis R so as to be in the second position, in which the transverse part 9 closes the section of the duct 1 in fluid communication with the collector admission 3.
  • This result is obtained because the plug 5 has a sufficient diameter D , greater than the distance d between the flat walls 6 and 7 as previously mentioned.
  • the plug 5 when the plug 5 is in the first position, it blocks the introduction of exhaust gas into the duct 1 leading to the engine cylinder and when it is in the second position it allows the gas flow to pass through. exhaust thus allowing the recirculation of the exhaust gas for the supply of the cylinder to be deactivated.
  • the plug 5 modulates the supply of the cylinder through the conduit 1 between two extreme situations, a supply with only fresh air as feed gas and a supply with only recirculated exhaust gas.
  • this plug 5 in an associated conduit 1 of the feed module M does not affect the supply of the other cylinders. Indeed, the plug 5 leaves the intake gas freely distribute to the other conduits 1 cylinder of the engine whose mouth is not blocked.
  • the sealing means 15 is arranged in front of the opening 13 bringing the exhaust gases in front of the plug 5, in order to be able to close this exhaust gas supply tightly.
  • the sealing means 15 is able to control the fluidic communication between the opening 13 in the feed pipe 1 of the cylinder and an exhaust gas manifold (not shown).
  • the sealing means 15 allows under the effect of the pressure difference between the intake and the exhaust, in normal operation, that is to say when a cylinder is not deactivated, hermetic sealing of the opening 13 of the duct 1 preventing any fluid communication between the intake gas and the exhaust gas, by locking the deactivation means 5 in the first position.
  • the movement of the sealing means 15 to lock or release the deactivating means 5 is controlled by the pressure difference between the intake and the exhaust acting on it on either side.
  • the sealing means 15 comprises at least one piston 151 arranged opposite the opening 13 of the duct 1 for connection to the exhaust gas.
  • the piston 151 is thus subjected on one side to the inlet pressure and the other side to the exhaust pressure.
  • the piston 151 may be shaped to allow the passage of the inlet gases on a surface of the piston 151, for example by producing a flat 152 visible on the figure 2 on a surface of the piston 151. This allows the pressurization of the piston at the inlet pressure.
  • the piston 151 is arranged to move in translation along an axis T substantially perpendicular to the axis of rotation R of the plug 5 (cf. figure 2 ).
  • a stop 153 visible on the Figures 5 and 6 advantageously makes it possible to limit the displacement of the piston 151 when the latter is not in contact with the plug 5.
  • the piston 151 has at their common contact zone with the plug 5 a shape complementary to the shape of the plug 5.
  • the piston 151 when the engine speed is low, the intake pressure is generally greater than the exhaust pressure, the piston 151 is pushed towards the arrival of the exhaust gas EGR under the effect of the pressure difference intake / exhaust.
  • the bushel 5 is unlocked (cf. figure 6 ) because of the distance of the piston 151 which is not in sealing contact with the plug 5.
  • the plug 5 can rotate freely for activation (first position visible on the figure 3a ) or deactivation (second position visible on the figure 4 ) of one or more cylinders.
  • the intake pressure is greater than the pressure at the exhaust.
  • the point of intersection between the intake pressure and the exhaust pressure, ie before the inversion of the curves so that the exhaust pressure becomes greater than the pressure at the intake is around 2500rpm according to the illustrated example.
  • This crossing point corresponds to the engine speed from which it is chosen to lock the plug 5 with the piston 151 to ensure the seal between the intake gas and the exhaust gas when the cylinder is to be fed only in intake gas.
  • At least one return means 154 such as a spring 154, for example working in compression, which makes it possible to shift the locking point of the plug 5 corresponding to the point of intersection between the pressures on admission and the exhaust, by modifying the setting of the spring 154.
  • the piston 151 is then slaved to the pressures at the intake and exhaust of the engine, while being subjected to the force of the compression spring 154.
  • piston 151 may optionally be controlled by means of an electromagnetic coil or any other external control means.
  • closure cap 155 arranged opposite the piston 151 on the opposite side to the side of the piston 151 intended to come into contact with the plug 5 to ensure sealing.
  • the closure cap 155 here has an opening 156, for example central, allowing the arrival of the exhaust gas.
  • This opening 156 may be connected to the exhaust manifold (not shown) using one or more pipes.
  • the closure cap 155 is further shaped to allow the passage of the exhaust gas so as to apply a pressure on a surface of the piston 151, thereby allowing the piston 151 to be pressurized to the exhaust pressure.
  • This pressurization is shown schematically by the EGR arrows on the figure 5 .
  • at least one orifice 157 is provided on the closure cap 155 which is in fluid communication with the opening 156 for the arrival of the exhaust gases.
  • the orifices 157 are in the illustrated example side orifices 157.
  • control device 100 can block the passage of the inlet gas in a conduit 1 when the associated cylinder is disabled so as to allow the supply of recirculated exhaust gas or otherwise block the passage of exhaust gas in the duct 1 when the cylinder is active while ensuring the seal between the fresh air and the exhaust gas without requiring additional control of the sealing means 15.
  • the suppression of a control of the sealing means 15 makes it possible to reduce the costs and the complexity of the control device 100. Moreover, this makes it possible to obtain an admission module M that is less bulky compared to the solutions of the art.
  • prior art providing a control system of the sealing means, such as a valve, disposed on the intake module M.

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Description

  • L'invention se rapporte au domaine de l'alimentation en air des moteurs à combustion interne. Elle vise plus particulièrement les moteurs multicylindres et les dispositifs utilisés pour contrôler les flux de gaz d'admission et de gaz d'échappement recirculés vers les cylindres.
  • Les moteurs concernés peuvent être à allumage commandé ou à allumage par compression (moteur Diesel). Les moteurs peuvent être suralimentés ou alimentés à la pression atmosphérique.
  • Dans la suite, on entendra par gaz d'admission, de l'air frais. Par ailleurs, on utilisera spécifiquement le terme de gaz d'échappement pour désigner les gaz issus d'un processus de combustion entre un carburant et l'air d'alimentation dans le moteur, récupérés en sortie moteur, conformément à un procédé connu généralement sous l'acronyme anglais EGR (« Exhaust Gas Recirculation »).
  • De manière habituelle, un moteur fonctionne avec la totalité de ses cylindres suivant un cycle connu à quatre temps : Admission - Compression - Combustion/détente - Échappement. Ce cycle est caractérisé par son rendement, qui est reconnu comme étant optimal lorsque les pertes dues au transvasement des gaz, appelées aussi pertes par pompage, lors des phases d'admission et d'échappement sont minimales.
  • Afin de limiter ces pertes, il a été proposé de désactiver un ou plusieurs cylindres lors du fonctionnement à faible charge ou, plus généralement, lorsque la puissance demandée peut être assurée par une partie seulement des cylindres du moteur.
  • La désactivation se fait généralement en agissant directement sur l'ouverture des soupapes des cylindres concernés, en les rendant soit totalement inactives soit en les commandant différemment.
  • Cependant, le fait de ne pas alimenter le cylindre désactivé présente des inconvénients. Notamment, la température dans le cylindre désactivé diminue de manière importante, ce qui fait baisser la température globale des gaz d'échappement, notamment lors du redémarrage du cylindre. Même sans passage d'air frais, cette diminution de température est préjudiciable au catalyseur de la chaîne de traitement des gaz d'échappement.
    Une solution consiste à alimenter le ou les cylindres désactivés en gaz d'échappement récupérés à la sortie du moteur. Notamment, ces gaz étant chauds et pouvant être remis à pression élevée, cela permet de maintenir la température et la pression dans le cylindre désactivé.
    La réalisation de ce dispositif nécessite généralement un moyen de contrôle de flux dans au moins un des conduits du collecteur d'admission permettant de bloquer le passage des gaz d'échappement recirculés ou de bloquer le passage des gaz d'admission, et également un dispositif permettant la mise en communication entre un collecteur des gaz d'échappement et le volume compris entre le premier moyen et une soupape d'admission des gaz d'admission.
  • Un tel moyen de contrôle est par exemple décrit dans le document US5562085 .
  • Un moyen d'obturation hermétique de l'arrivée des gaz d'échappement recirculés est dans ce cas indispensable afin de garantir l'étanchéité entre le collecteur des gaz d'échappement et le collecteur d'admission lorsque la désactivation d'un cylindre est inactive, c'est-à-dire que le cylindre doit être alimenté uniquement en gaz d'admission.
    Cependant, la commande de ces deux moyens de contrôle de flux et d'obturation hermétique de l'arrivée des gaz d'échappement recirculés, peut s'avérer complexe, lourde, encombrante et onéreuse. En effet, deux systèmes de pilotage, notamment deux systèmes mécaniques, qui peuvent être indépendants, sont nécessaires pour piloter le moyen de contrôle de flux et le moyen d'obturation hermétique de l'arrivée des gaz d'échappement recirculés.
    L'invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de contrôle des flux de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement dont le pilotage est simplifié.
    À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle d'un flux de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés dans un cylindre de moteur à combustion interne, pour un module d'admission comportant au moins un conduit agencé pour alimenter le cylindre en gaz d'admission et/ou en gaz d'échappement recirculés, ledit dispositif comportant :
    • un moyen de désactivation d'au moins un conduit, pilotable entre une première position dans laquelle le conduit alimente le cylindre avec les gaz d'admission et une deuxième position dans laquelle le conduit alimente le cylindre avec les gaz d'échappement recirculés, et
    • un moyen d'étanchéité apte à fermer hermétiquement une ouverture du conduit pour l'arrivée des gaz d'échappement,
    caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité est configuré pour se déplacer sous l'effet de la différence de pression entre l'admission et l'échappement de part et d'autre du moyen d'étanchéité, entre :
    • une position de verrouillage du moyen de désactivation dans la première position lorsque la pression à l'échappement est supérieure à la pression à l'admission, et
    • une position de libération du moyen de désactivation lorsque la pression à l'échappement est inférieure à la pression à l'admission.
  • Avec un tel moyen d'étanchéité asservi aux pressions à l'admission et à l'échappement, le pilotage du moyen d'obturation hermétique de l'arrivée des gaz d'échappement recirculés selon l'art antérieur est supprimé. L'étanchéité entre les gaz du collecteur d'échappement et les gaz du collecteur d'admission est réalisée par un moyen d'étanchéité automatique mis en mouvement sous l'effet de la différence de pression entre l'admission et l'échappement.
  • Selon un aspect de l'invention, le moyen d'étanchéité comprend au moins un piston.
  • Selon un mode de réalisation, le moyen de désactivation comprend un organe rotatif autour d'un axe, apte à être disposé dans un conduit du module d'admission de sorte que l'axe soit agencé sensiblement transversalement par rapport au conduit.
  • Le piston est avantageusement configuré pour se déplacer en translation selon un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation du moyen de désactivation.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le piston présente sur au moins une surface un méplat. Ce méplat permet une mise en pression du piston à la pression à l'admission.
  • Selon un autre aspect de l'invention, le moyen d'étanchéité est configuré pour être en contact avec le moyen de désactivation dans la position de verrouillage, et présente une forme complémentaire de la forme du moyen de désactivation au niveau de la zone de contact.
  • Selon un mode de réalisation, le moyen de désactivation comprend un boisseau rotatif de forme générale sensiblement cylindrique, comportant un flanc latéral conformé de manière à autoriser ou bloquer la circulation des gaz d'admission et/ou des gaz d'échappement recirculés, en fonction de la position angulaire du boisseau rotatif.
  • Le flanc latéral est par exemple conformé de manière à obturer l'ouverture lorsque le boisseau est dans la première position, et de manière à obturer la section de passage des gaz d'admission provenant du collecteur d'admission lorsque le boisseau est dans la deuxième position.
  • Le dispositif peut comprendre au moins un moyen de rappel agencé de manière à solliciter le moyen d'étanchéité vers la position de libération du moyen de désactivation.
  • Il peut s'agir d'un ressort, tel qu'un ressort de compression. Le moyen d'étanchéité est ainsi asservi aux pressions à l'admission et à l'échappement du moteur, tout en étant soumis à l'effort du ressort.
  • Ainsi, le moyen d'étanchéité est poussé dans la position de libération du moyen d'étanchéité, c'est-à-dire vers l'arrivée des gaz d'échappement sous l'effet de la différence de pression admission / échappement et sous l'effet du ressort de compression.
  • Lorsque la pression à l'échappement est supérieure à la pression à l'admission et à l'effort du ressort de compression, le moyen d'étanchéité est poussé contre le moyen de désactivation, dans la position de verrouillage du moyen de désactivation.
  • En outre, le ressort permet de modifier la limite du régime moteur pour le verrouillage du moyen de désactivation.
  • Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un capot de fermeture agencé en vis-à-vis du moyen d'étanchéité, conformé pour permettre l'arrivée des gaz d'échappement et présentant au moins un moyen de mise à la pression à l'échappement, tel qu'un orifice permettant le passage des gaz d'échappement.
  • L'invention concerne également un module d'admission d'air d'un moteur à combustion interne comportant au moins un dispositif de contrôle tel que défini précédemment.
  • Selon un mode de réalisation, le module d'admission est configuré pour un moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres, ledit module comprenant au moins deux dispositifs de contrôle tels que définis précédemment, chacun desdits dispositifs étant agencé pour alimenter l'un desdits cylindres et les deux dispositifs étant commandés indépendamment l'un par rapport à l'autre.
  • On peut ainsi désactiver un seul des cylindres et contrôler le flux de gaz d'admission ou de gaz d'échappement dans le conduit associé indépendamment du contrôle de flux dans le conduit associé à l'autre cylindre.
  • Bien entendu, on peut aussi désactiver les deux cylindres.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un module d'admission d'air équipé d'un dispositif de contrôle de flux des gaz d'admission et/ou des gaz d'échappement recirculés selon l'invention,
    • la figure 2 représente un moyen de désactivation d'un conduit associé et un moyen d'étanchéité associé du dispositif de contrôle,
    • la figure 3a est une vue en coupe schématique du moyen de désactivation d'un conduit dans une première position à l'état verrouillé,
    • la figure 3b est une vue en coupe schématique du moyen de désactivation d'un conduit dans la première position à l'état déverrouillé,
    • la figure 4 reprend la figure 3a dans une deuxième position du moyen de désactivation,
    • la figure 5 est une vue en coupe du module d'admission avec le moyen de désactivation dans la première position laissant passer les gaz d'admission dans le conduit équipé du dispositif et bloquant l'arrivée des gaz d'échappement,
    • la figure 6 est une vue en coupe du module d'admission avec le moyen de désactivation dans la dans la deuxième position bloquant les gaz d'admission dans le conduit équipé du dispositif et laissant passer les gaz d'échappement,
    • la figure 7 est une vue d'un boisseau du dispositif d'obturation, et
    • la figure 8 est un graphe représentant l'évolution de la pression à l'admission, de la pression à l'échappement et de l'effort du moyen d'étanchéité contre le moyen de désactivation d'un conduit en fonction du régime moteur.
  • Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
  • L'invention concerne un module d'admission M, partiellement visible sur la figure 1, destiné à être placé sur la culasse d'un moteur et qui comporte pour chaque cylindre d'un moteur multicylindres au moins un conduit 1 destiné à se prolonger dans la culasse pour alimenter le cylindre en gaz d'admission.
  • De plus, le module d'admission M comporte un collecteur d'admission 3 dans lequel débouche(nt) le(s) conduit(s) 1. Le collecteur d'admission 3 est alimenté en gaz d'admission par un système non représenté sur les figures. Le collecteur d'admission 3 peut avoir une forme générale d'une boîte sensiblement parallélépipédique.
  • Le moteur étant multicylindres, le collecteur d'admission 3 est configuré pour répartir les flux de gaz d'admission entre les conduits 1 respectivement associés à un cylindre du moteur selon l'exemple illustré.
  • Le collecteur d'admission 3 peut comporter un échangeur thermique 4 que traversent les gaz d'admission avant d'être distribués dans les conduits d'alimentation des différents cylindres. L'échangeur thermique 4 est configuré pour refroidir l'air de suralimentation. Un tel échangeur thermique 4 est généralement nommé refroidisseur d'air de suralimentation « RAS ».
  • L'échangeur thermique 4 peut être intégré dans le collecteur d'admission 3 ou en variante être déporté.
  • De plus, le volume du collecteur d'admission 3 peut être mis en communication fluidique avec un collecteur d'échappement (non représenté sur les figures) de manière à permettre une recirculation des gaz d'échappement récupérés en sortie du moteur dans un ou plusieurs cylindres à désactiver, notamment lors d'un fonctionnement à faible charge ou lorsque la puissance demandée peut être assurée par une partie seulement des cylindres. En effet, lorsque le régime moteur est faible, la désactivation d'un cylindre permet de réduire les pertes par pompage.
  • Pour ce faire, on prévoit par exemple dans au moins un conduit 1, une ouverture 13 permettant un raccordement à un collecteur des gaz d'échappements récupérés en sortie du moteur (non représenté sur les figures).
  • Le module d'admission M comporte à cet effet un dispositif de contrôle 100 de flux des gaz d'admission et/ou des gaz d'échappement recirculés. Le dispositif de contrôle 100 permet de contrôler la circulation d'un flux de gaz d'admission dans un cylindre ou la circulation de gaz d'échappement dans un cylindre à désactiver.
  • Le dispositif de contrôle 100 peut être agencé sur le module d'admission M au niveau d'au moins un conduit 1 associé.
  • Afin de pouvoir désactiver plusieurs cylindres du moteur, on peut également prévoir un dispositif de contrôle 100 pour la désactivation d'au moins deux conduits 1 côte à côte.
  • En alternative, on peut prévoir un dispositif de contrôle 100 associé à un unique conduit 1 ; dans le cas de plusieurs dispositifs de contrôle 100 ils sont alors indépendants les uns par rapport aux autres. Autrement dit, chaque conduit d'admission est équipé d'un dispositif de contrôle 100 spécifique disposant d'un moyen de commande indépendant des autres dispositifs de contrôle 100.
  • De plus, comme cela est illustré sur la figure 2 un dispositif de contrôle 100 comprend :
    • d'une part un moyen de désactivation 5 d'un ou plusieurs conduits 1, et
    • d'autre part un moyen d'étanchéité 15 apte à verrouiller ou libérer / déverrouiller le moyen de désactivation 5.
  • Le moyen de désactivation 5 est pilotable entre :
    • une première position, aussi appelée position active, schématisée sur les figures 3a et 3b, autorisant la circulation du gaz d'admission, c'est-à-dire d'air frais dans un conduit 1, l'air frais étant représenté par la flèche F sur la figure 3a, et
    • une deuxième position, aussi appelée position de désactivation, schématisée sur la figure 4, bloquant la circulation des gaz d'admission dans le conduit 1 et permettant la circulation de gaz d'échappement dans ce conduit 1, les gaz d'échappement étant représentés par la flèche EGR.
  • Le dispositif de contrôle 100 comprend avantageusement un système mécanique ne commandant que le mouvement du moyen de désactivation 5.
  • Le moyen de désactivation 5 est par exemple réalisé sous la forme d'un organe rotatif, tel qu'un volet ou un boisseau, agencé à l'embouchure d'un conduit 1 dans le collecteur d'admission 3, comme cela est visible sur les figures 5 et 6.
  • Selon l'exemple illustré, le moyen de désactivation comporte un boisseau rotatif 5 mieux visible sur les figures 2 et 7.
  • Selon le mode de réalisation illustré, le boisseau 5 présente une forme générale sensiblement cylindrique d'axe longitudinal R. Le boisseau 5 est configuré pour tourner autour de son axe R.
  • Le boisseau 5 est apte à être disposé dans le conduit 1 de sorte que son axe R soit agencé sensiblement transversalement par rapport au conduit 1. Selon l'exemple illustré sur les figures 3a à 6, la forme intérieure du conduit 1 est délimitée par deux parois 6 et 7 en vis-à-vis, et le boisseau 5 s'étend longitudinalement selon l'axe R de façon sensiblement parallèle aux deux parois 6 et 7.
  • De plus, le boisseau 5 présente un diamètre D supérieur à la distance d entre les deux parois 6, 7.
  • Selon l'exemple illustré sur les figures 2 et 7, le boisseau 5 présente ici :
    • un flanc latéral 9, qui forme une partie transversale par rapport au conduit 1, s'étendant suivant l'axe R, et
    • une voie d'écoulement 9', qui est par exemple découpée dans le cylindre.
  • Le boisseau 5 peut comporter de plus deux coupelles 10 de forme sensiblement circulaires, raccordées aux extrémités de la partie transversale 9.
  • Le flanc latéral ou partie transversale 9 est apte à s'étendre sensiblement parallèlement aux parois planes 6 et 7 lorsque le boisseau 5 est agencé dans le conduit 1.
  • La partie transversale est conformée de manière à autoriser ou bloquer la circulation des gaz d'admission F et/ou des gaz d'échappement recirculés EGR, en fonction de la position angulaire du boisseau 5.
  • Autrement dit, la partie transversale 9 est conformée :
    • de manière à obturer l'ouverture 13 pour l'arrivée des gaz d'échappement lorsque le boisseau 5 est dans la première position, permettant ainsi la circulation des gaz d'admission par la voie d'écoulement 9', et
    • de manière à obturer la section de passage des gaz d'admission provenant du collecteur d'admission 3 lorsque le boisseau 5 est dans la deuxième position, permettant ainsi la circulation des gaz d'échappement par la voie d'écoulement 9'.
  • En outre, la partie transversale 9 présente une face interne 12 destinée à être orientée vers l'intérieur du conduit 1 lorsque le boisseau 5 est disposé dans le conduit 1. Cette face interne 12 est par exemple apte à former un déflecteur des gaz d'échappement lorsque le boisseau 5 est dans la deuxième position.
  • Ainsi conformé, le boisseau 5 assure la fonction de contrôle de flux, laissant passer le gaz d'admission dans la première position et le bloquant dans la deuxième position.
  • Sur les figures 3a, 3b, et 5, le boisseau 5 est dans la première position laissant totalement libre le passage dans le conduit 1 du flux de gaz d'admission afin d'alimenter le cylindre situé en-dessous (par rapport à l'orientation des figures 3a et 3b). Lorsque le boisseau 5 est dans la première position, la partie transversale 9 obstrue l'ouverture 13 réalisée dans le conduit 1 pour le raccordement aux gaz d'échappements.
  • Sur les figures 4 et 6, le boisseau 5 a été tourné d'un angle de rotation prédéfini autour de l'axe R de manière à se trouver dans la deuxième position, dans laquelle la partie transversale 9 obture la section du conduit 1 en communication fluidique avec le collecteur d'admission 3. Ce résultat est obtenu du fait que le boisseau 5 présente un diamètre D suffisant, supérieur à l'écart d entre les parois planes 6 et 7 comme dit précédemment. Lorsque le boisseau 5 est dans la deuxième position, l'ouverture 13 pratiquée dans le conduit 1 pour le raccordement aux gaz d'échappement est complètement dégagée.
  • En conséquence, lorsque le boisseau 5 est dans la première position, il bloque l'introduction de gaz d'échappement dans le conduit 1 menant au cylindre du moteur et lorsqu'il est dans la deuxième position il laisse passer le flux de gaz d'échappement permettant donc la recirculation des gaz d'échappement pour l'alimentation du cylindre à désactiver.
  • Le boisseau 5 permet de moduler l'alimentation du cylindre par le conduit 1 entre deux situations extrêmes, une alimentation avec uniquement de l'air frais comme gaz d'alimentation et une alimentation avec uniquement des gaz d'échappement recirculés.
  • L'intégration de ce boisseau 5 dans un conduit 1 associé du module d'alimentation M n'influe pas sur l'alimentation des autres cylindres. En effet, le boisseau 5 laisse les gaz d'admission librement se répartir vers les autres conduits 1 de cylindre du moteur dont l'embouchure n'est pas bloquée.
  • Le moyen d'étanchéité 15 est quant à lui configuré pour se déplacer sous l'effet de la différence de pression entre l'admission et l'échappement de part et d'autre du moyen d'étanchéité 15, entre :
    • une position de verrouillage du boisseau 5 dans la première position, et
    • une position de libération ou déverrouillage du boisseau 5.
  • Selon le mode de réalisation illustré, le moyen d'étanchéité 15 est agencé devant l'ouverture 13 amenant les gaz d'échappement en face du boisseau 5, afin de pouvoir fermer hermétiquement cette arrivée de gaz d'échappement. Le moyen d'étanchéité 15 est apte à contrôler la communication fluidique entre l'ouverture 13 dans le conduit 1 d'alimentation du cylindre et un collecteur de gaz d'échappement (non représenté).
  • Le moyen d'étanchéité 15 permet sous l'effet de la différence de pression entre l'admission et l'échappement, en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsqu'un cylindre n'est pas désactivé, une obturation hermétique de l'ouverture 13 du conduit 1 empêchant toute communication fluidique entre les gaz d'admission et les gaz d'échappement, en verrouillant le moyen de désactivation 5 dans la première position.
  • En effet, lorsque le régime et la charge moteur augmente, tous les cylindres sont activés. Il est alors indispensable de réaliser une étanchéité parfaite entre les gaz d'admission et les gaz d'échappement EGR.
  • Le mouvement du moyen d'étanchéité 15 pour venir verrouiller ou libérer le moyen de désactivation 5 est commandé par la différence de pression entre l'admission et l'échappement agissant sur lui de part et d'autre.
  • À cet effet, le moyen d'étanchéité 15 comprend au moins un piston 151 agencé en face de l'ouverture 13 du conduit 1 permettant le raccordement aux gaz d'échappement. Ainsi agencé, le piston 151 est donc soumis d'un côté à la pression à l'admission et de l'autre côté à la pression à l'échappement.
  • Le piston 151 peut être conformé pour permettre le passage des gaz d'admission sur une surface du piston 151, par exemple en réalisant un méplat 152 visible sur la figure 2 sur une surface du piston 151. Ceci permet la mise en pression du piston à la pression à l'admission.
  • Préférentiellement, le piston 151 est agencé de manière à se déplacer en translation selon un axe T sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation R du boisseau 5 (cf. figure 2). Une butée 153 visible sur les figures 5 et 6 permet avantageusement de limiter le déplacement du piston 151 lorsque ce dernier n'est pas en contact avec le boisseau 5.
  • De façon à venir verrouiller le boisseau 5 et assurer l'étanchéité, le piston 151 présente au niveau de leur zone de contact commune avec le boisseau 5 une forme complémentaire de la forme du boisseau 5.
  • Le piston 151 est configuré pour :
    • fermer hermétiquement l'ouverture 13 permettant l'arrivée des gaz d'échappement (cf. figure 3a) en verrouillant le boisseau 5 lorsque la pression à l'échappement est supérieure à la pression à l'admission, et
    • libérer le boisseau 5 (cf. figure 3b) lorsque la pression à l'admission est supérieure à la pression à l'échappement, afin que le boisseau 5 puisse tourner librement.
  • Ainsi, lorsque le régime moteur est faible, la pression à l'admission est généralement supérieure à la pression à l'échappement, le piston 151 est poussé vers l'arrivée des gaz d'échappement EGR sous l'effet de la différence de pression admission / échappement. Le boisseau 5 est donc déverrouillé (cf. figure 6) du fait de l'éloignement du piston 151 qui n'est pas en contact étanche avec le boisseau 5. Le boisseau 5 peut tourner librement pour l'activation (première position visible sur la figure 3a) ou la désactivation (deuxième position visible sur la figure 4) d'un ou de plusieurs cylindres.
  • Lorsque le régime et la charge moteur augmente, tous les cylindres sont activés. La pression à l'échappement devient naturellement supérieure à la pression à l'admission. Le piston est donc poussé contre le boisseau 5 : le contact entre le piston 151 et le boisseau 5 réalise ainsi l'étanchéité de l'ensemble. Les zones de contact Z entre le boisseau 5 et le piston 151 assurant l'étanchéité entre les gaz d'admission et les gaz d'échappement sont schématisées sur la figure 5.
  • Si, lorsque la pression à l'échappement est supérieure à la pression à l'admission, le cylindre associé au conduit 1 est désactivé, le boisseau 5 reste libre.
  • On a représenté sur la figure 8 :
    • une courbe d'évolution de la pression à l'admission en mbarA en fonction du régime moteur en tr/min, cette courbe étant singularisée par des carrés,
    • une courbe d'évolution de la pression à l'échappement en mbarA en fonction du régime moteur en tr/min, cette courbe étant singularisée par des ronds, et
    • une courbe d'évolution de l'effort du piston 151 contre le boisseau 5 en N en fonction du régime moteur en tr/min, cette courbe étant représentée en pointillés.
  • Comme dit précédemment, lorsque le régime moteur est faible, ici inférieur à titre d'exemple à 2500tr/min, la pression à l'admission est supérieure à la pression à l'échappement. Le point de croisement entre la pression à l'admission et la pression à l'échappement, c'est-à-dire avant l'inversion des courbes de sorte que la pression à l'échappement devienne supérieure à la pression à l'admission, se situe aux alentours de 2500tr/min selon l'exemple illustré.
  • Ce point de croisement correspond au régime moteur à partir duquel on choisit de verrouiller le boisseau 5 à l'aide du piston 151 afin de garantir l'étanchéité entre les gaz d'admission et les gaz d'échappement lorsque le cylindre doit être alimenté uniquement en gaz d'admission.
  • En se référant de nouveau aux figures 5 et 6, on peut prévoir au moins un moyen de rappel 154, tel qu'un ressort 154, par exemple travaillant en compression, qui permet de décaler le point de verrouillage du boisseau 5 correspondant au point de croisement entre les pressions à l'admission et à l'échappement, en modifiant le tarage du ressort 154.
  • Le piston 151 est alors asservi aux pressions à l'admission et à l'échappement du moteur, tout en étant soumis à l'effort du ressort de compression 154.
  • Ainsi, lorsque le régime moteur est faible, le piston 151 est donc poussé vers l'arrivée des gaz d'échappement EGR sous l'effet de la différence de pression admission / échappement et sous l'effet du ressort de compression 154.
  • Lorsque le régime et la charge moteur augmente, la pression à l'échappement est supérieure à la pression à l'admission et à l'effort du ressort de compression 154. Le piston est donc poussé contre le boisseau 5.
  • On peut prévoir en complément que le piston 151 puisse, de manière optionnelle, être commandé au moyen d'une bobine électromagnétique ou de tout autre moyen de commande externe.
  • Enfin, on peut prévoir un capot de fermeture 155 agencé en vis-à-vis du piston 151 du côté opposé au côté du piston 151 destiné à venir en contact contre le boisseau 5 pour assurer l'étanchéité.
  • Le capot de fermeture 155 présente ici une ouverture 156, par exemple centrale, permettant l'arrivée des gaz d'échappement. Cette ouverture 156 peut être reliée au collecteur de gaz d'échappement (non représenté) à l'aide d'un ou plusieurs tuyaux.
  • Le capot de fermeture 155 est de plus conformé pour permettre le passage des gaz d'échappement de façon à venir appliquer une pression sur une surface du piston 151, permettant ainsi une mise en pression du piston 151 à la pression à l'échappement. Cette mise en pression est schématisée par les flèches EGR sur la figure 5. Pour ce faire, on prévoit à titre d'exemple au moins un orifice 157 sur le capot de fermeture 155 qui soit en communication fluidique avec l'ouverture 156 permettant l'arrivée des gaz d'échappement. Le ou les orifices 157 sont selon l'exemple illustré des orifices 157 latéraux.
  • En conclusion, avec un même dispositif de contrôle 100 on peut bloquer le passage des gaz d'admission dans un conduit 1 lorsque le cylindre associé est désactivé de façon à permettre l'alimentation en gaz d'échappement recirculés ou au contraire bloquer le passage des gaz d'échappement dans le conduit 1 lorsque le cylindre est actif tout en assurant l'étanchéité entre l'air frais et les gaz d'échappement sans nécessiter de commande supplémentaire du moyen d'étanchéité 15.
  • Seule une commande du moyen de désactivation 5, plus précisément de la rotation du boisseau 5, est nécessaire du fait de l'asservissement aux pressions à l'admission et à l'échappement du moyen d'étanchéité 15 comprenant selon le mode de réalisation décrit un piston 151.
  • La suppression d'une commande du moyen d'étanchéité 15 permet de réduire les coûts et la complexité du dispositif de contrôle 100. De plus, cela permet d'obtenir un module d'admission M moins encombrant par rapport aux solutions de l'art antérieur prévoyant un système de commande du moyen d'étanchéité, telle qu'une soupape, disposée sur le module d'admission M.

Claims (12)

  1. Dispositif de contrôle (100) d'un flux de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés dans un cylindre de moteur à combustion interne, pour un module d'admission (M) comportant au moins un conduit (1) agencé pour alimenter le cylindre en gaz d'admission (F) et/ou en gaz d'échappement recirculés (EGR), ledit dispositif (100) comportant :
    - un moyen (5) de désactivation d'au moins un conduit (1), pilotable entre une première position dans laquelle le conduit alimente le cylindre avec les gaz d'admission (F) et une deuxième position dans laquelle le conduit alimente le cylindre avec les gaz d'échappement recirculés (EGR), et
    - un moyen d'étanchéité (15) apte à fermer hermétiquement une ouverture (13) du conduit (1) pour l'arrivée des gaz d'échappement,
    caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité (15) est configuré pour se déplacer sous l'effet de la différence de pression entre l'admission et l'échappement de part et d'autre du moyen d'étanchéité (15), entre :
    - une position de verrouillage du moyen de désactivation (5) dans la première position lorsque la pression à l'échappement est supérieure à la pression à l'admission, et
    - une position de libération du moyen de désactivation (5) lorsque la pression à l'échappement est inférieure à la pression à l'admission.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen d'étanchéité (15) comprend au moins un piston (151).
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le moyen de désactivation (5) comprend un organe rotatif autour d'un axe (R), apte à être disposé dans un conduit (1) du module d'admission (M) de sorte que l'axe (R) soit agencé sensiblement transversalement par rapport au conduit (1).
  4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, dans lequel le piston (151) est configuré pour se déplacer en translation selon un axe (T) sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation (R) du moyen de désactivation (5).
  5. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 4, dans lequel le piston (151) présente sur au moins une surface un méplat (152).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'étanchéité (15) est configuré pour être en contact avec le moyen de désactivation (5) dans la position de verrouillage, et présente une forme complémentaire de la forme du moyen de désactivation (5) au niveau de la zone de contact.
  7. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le moyen de désactivation comprend un boisseau rotatif (5) de forme générale sensiblement cylindrique, comportant un flanc latéral (9) conformé de manière à autoriser ou bloquer la circulation des gaz d'admission (F) et/ou des gaz d'échappement recirculés (EGR), en fonction de la position angulaire du boisseau rotatif (5).
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le flanc latéral (9) est conformé de manière à obturer l'ouverture (13) lorsque le boisseau (5) est dans la première position, et de manière à obturer la section de passage des gaz d'admission provenant du collecteur d'admission (3) lorsque le boisseau (5) est dans la deuxième position.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un moyen de rappel (154) agencé de manière à solliciter le moyen d'étanchéité (15) vers la position de libération du moyen de désactivation (5).
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un capot de fermeture (155) agencé en vis-à-vis du moyen d'étanchéité (15), conformé pour permettre l'arrivée des gaz d'échappement et présentant au moins un moyen (157) de mise à la pression à l'échappement.
  11. Module d'admission d'air d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  12. Module d'admission d'air d'un moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres, ledit module (M) comprenant au moins deux dispositifs de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, chacun desdits dispositifs étant agencé pour alimenter l'un desdits cylindres et lesdits dispositifs (100) étant configurés pour être commandés indépendamment l'un par rapport à l'autre.
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