EP3388659A1 - Système de recirculation de gaz haute pression pour moteur thermique - Google Patents

Système de recirculation de gaz haute pression pour moteur thermique Download PDF

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EP3388659A1
EP3388659A1 EP18153915.6A EP18153915A EP3388659A1 EP 3388659 A1 EP3388659 A1 EP 3388659A1 EP 18153915 A EP18153915 A EP 18153915A EP 3388659 A1 EP3388659 A1 EP 3388659A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
duct
exhaust
recirculation
recirculation system
plenum
Prior art date
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Granted
Application number
EP18153915.6A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3388659B1 (fr
Inventor
Sylvain Dubois
Eric Dumas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3388659A1 publication Critical patent/EP3388659A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3388659B1 publication Critical patent/EP3388659B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/41—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories characterised by the arrangement of the recirculation passage in relation to the engine, e.g. to cylinder heads, liners, spark plugs or manifolds; characterised by the arrangement of the recirculation passage in relation to specially adapted combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • 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 present invention relates to an internal combustion engine or thermal engine of a motor vehicle
  • the present invention relates more particularly to a system for recirculating the exhaust gases of a supercharged engine.
  • the present invention relates to a recirculation system for high pressure burnt gas supercharged engine.
  • the present invention relates to internal combustion engines intended in particular to equip motor vehicles, which implement recirculation means of exhaust gas.
  • the present invention relates more particularly to exhaust gas recirculation means of an internal combustion engine.
  • the standards concerning pollution and consumption of internal combustion engines fitted to motor vehicles are becoming more severe every day in all industrialized countries.
  • the automotive industry is now busy finding technical solutions to meet these obligations without unduly penalizing engine performance and cost.
  • a known technique of depollution of internal combustion engines consists in operating the recirculation of exhaust gas at the intake in order to reduce the nitrogen oxides. This technique consists in reinjecting, according to the operating conditions of the engine, a part of the exhaust gases into the combustion chambers of the engine, which has the effect of reducing in proportion the quantity of oxidizing gas and thus of lowering the combustion temperature. hence a decrease in the production of NOx or oxides of nitrogen.
  • EGR EGR controlled valve
  • the EGR valve makes it possible to inject a certain amount of exhaust gas into the intake according to the operating conditions of the engine.
  • known internal combustion engines operating with exhaust gas recirculation comprise a first connecting line connecting one of the pipes of an exhaust manifold to an EGR valve disposed in the engine compartment and a second connecting pipe connecting the EGR valve to the intake manifold.
  • the publication FR-A1-2721349 proposes a gas recirculation system comprising an EGR gas recirculation duct dug in the cylinder head and opening directly into an exhaust duct connected to a cylinder in said cylinder head, said gas recirculation duct leading to opposite side of a side face of the cylinder head on which can be attached an EGR valve.
  • a disadvantage of this recirculation system is that the EGR gas recirculation duct only communicates with a single exhaust duct and therefore the volume of the recirculated gas is less or it is necessary to dig as many recirculation ducts in the cylinder head than exhaust ducts in the cylinder head.
  • the EGR recirculation conduit opens into an exhaust duct in a non-optimal manner for capturing the exhaust gas, which leads to a lower efficiency of the recirculation system.
  • the object of the present invention is to propose an internal combustion engine comprising exhaust gas recirculation means, by eliminating the drawbacks of the known prior art while promoting the simplicity of its assembly and the reduction of its bulk, all in an economical way.
  • the internal combustion engine according to the invention comprises a high pressure gas recirculation system that is to say that the system comprises a stitching of the burned gases upstream of exhaust gas cleaning devices such as a pot catalytic.
  • Said engine comprises on the one hand a cylinder head in which intake and exhaust pipes are arranged from combustion chambers and, on the other hand, exhaust gas recirculation means comprising an EGR valve, a first connecting pipe connecting the exhaust circuit to the EGR valve, and a second connecting pipe connecting the EGR valve to the intake circuit.
  • the heat engine comprises a cylinder head in which are dug exhaust pipes which are substantially orthogonal to the exhaust face of the cylinder head, each of the pipes opens out of said exhaust face by a mouth.
  • the cylinder head comprises first pipes grouped along one side of the cylinder head and a lateral end pipe and a recirculation duct of the burnt gases, each of said first pipes is distinct and opens out from the exhaust face of the engine cylinder head. thermal through a distinct mouth that gives into a separate inlet duct into the manifold.
  • the term "distinct" means that a pipe is separated from another adjacent pipe by at least one wall.
  • the lateral end pipe and the recirculation duct open out of the exhaust face by the same mouth giving in the same mixed inlet duct of the collector.
  • the transverse ramp and the mixed inlet duct are able to direct the gases towards the turbocharger turbine in order to improve its efficiency.
  • passage section of a conduit or an opening a surface of said conduit or said opening transverse to the axis of the conduit or opening.
  • the internal combustion engine or combustion engines of a motor vehicle comprise, on the one hand, systems for reducing the pollution of burnt gases from engine combustion chambers and, on the other hand, supercharging systems in order to improve the efficiency of said engines. engines.
  • a recirculation at low pressure which comprises a sampling of gas burned downstream according to the flow direction of the gases of pollution control devices such as a catalytic converter, other part of high pressure recirculation where the burnt gases are captured upstream of the pollution control devices and preferably at the output of a cylinder head of the engine.
  • the burned gases are then taken at an exhaust manifold fixed against an exhaust face of the engine.
  • a heat engine comprises a crankcase comprising cylinders in which a piston is slidably movable along the axis of the piston and a cylinder head covering the upper part of the crankcase and thus closing combustion chambers delimited by the cylinder walls, pistons and cylinder head.
  • a cylinder head In the cylinder head are dug intake ducts and exhaust pipes. Fresh air captured outside the vehicle and then mixed with burnt gases is passed to the engine cylinders via the intake ducts and an intake manifold fixed against the intake side of the engine. Said gases are injected into the combustion chambers at the top of cylinders of the cylinder block and mixed with fuel to generate an explosion in said chamber generating burnt gases. The burned gases are then pushed out of the combustion chambers via exhaust pipes to an exhaust face of the engine on the opposite side to the intake face.
  • the present invention relates to a recirculation system 100 of high pressure burnt gases taken from the exhaust manifold 20 to be returned to the intake side of the opposite side of the engine.
  • the flow of said recirculated gases is controlled by an EGR valve for "Exhaust Gas Recirculation" in English.
  • the engine engine of a motor vehicle comprises a cylinder head 50 in which are dug the exhaust pipes 51 connected with the combustion chambers (not shown) of the engine.
  • Said pipes 51 open substantially orthogonal to the exhaust face 52 of the cylinder head, the outlets of said pipes are aligned along the longitudinal axis X of the cylinder head.
  • the invention proposes first exhaust pipes 53 disposed on the side of the accessory face 58 of the cylinder head and opening out from the exhaust face of said cylinder head by first substantially identical, oblong and aligned mouths 54 along the longitudinal axis X and a exhaust pipe 55 end of the side of a coupling face 59 of the cylinder head and a recirculation conduit 56 dug in the cylinder head.
  • the recirculation duct has a first end 57 opening from the face exhaust head and a second end 57 'opening from the coupling face 59 substantially orthogonal to the exhaust face 52 of the cylinder head 50.
  • the recirculation duct 56 and the adjacent end duct open out of the exhaust face 52 by a same end mouth 60 which has an oblong opening whose section is substantially double the sections of the first mouths 54.
  • the collector 20 of gas is fixed by a contact face 52 'against the exhaust face 52 of the cylinder head and comprises inlet ducts 21,22 opening from said contact face by inlet and end inlet mouths 54' , 60 'whose passage passage sections of the gas are substantially equal respectively to the sections of the first mouths 54 and the end mouth 60 as shown in FIG. Figures 1 to 3 , said figures allow to appreciate the sections of the first mouths and the end mouth.
  • the figures 2 and 4 represent in inverted cavities dug in the manifold 20, the collector surrounding the volumes 13 of said cavities shown. Said collector 20 is fixed against the exhaust face 52 of the cylinder head.
  • the collector 20 comprises first gas inlet ducts 21 which are connected to the first ducts 53 and a so-called mixed inlet duct 22 connected to the lateral end duct 55 with the recirculation duct 56. 22 is called mixed because it can be the seat of gas flow in two opposite directions.
  • the inlet sections of the first inlet ducts 21 are at least equal to the sections of the openings of the first mouths 54 and the same is true for the section of the mixed inlet duct 22 connected with the end mouth 60 through which open the end pipe with the recirculation duct.
  • the first inlet ducts 21 have a substantially constant gas passage section 23 and open into a transverse ramp 24 extending substantially parallel to the longitudinal axis X of the engine.
  • the section of passage of the gases in the transverse ramp 24 is constant on the entire length of said ramp.
  • Said transverse ramp 24 is thus connected with each of the first inlet ducts 21 and has an end directed towards a plenum 25 and more precisely to an access chamber 28 to a turbocharger turbine 27.
  • the mixed inlet duct 22 is dug in the manifold along an axis directed towards the plenum 25 to direct burnt gases towards said plenum and particularly to access chamber 28 to the turbocharger turbine.
  • the passage section 23 'of the mixed inlet duct is preferably reduced in a continuous manner so as to have a passage section facing the plenum substantially equal to the passage section of the transverse ramp 24.
  • the section of passage of the gases in the transverse ramp 24 is between 600 and 750 mm 2 and the passage section of the mixed inlet duct decreases from 1500 to 750 mm 2 from the upstream end 24 am opposite with the breech up to the downstream end 24 av giving into the plenum 25.
  • the collector comprises a deflector 26 extending from a wall of the collector vis-à-vis the outlet 22 av of the mixed inlet duct 22 in the plenum 25.
  • the deflector 26 is formed by a boss from the wall of the collector facing the mixed inlet duct 22.
  • the passage section of the burnt gases from the lateral end pipe 55 is reduced by the deflector 26 in the mixed inlet duct 22 from the inlet mouth 60 'of the mixed inlet duct to the plenum 25.
  • the burnt gases are expelled from the combustion chambers according to a combustion cycle, that is to say that the burned gases do not fill all the exhaust pipes 51, 53, 55 at a time, the substantially constant value of the passage sections of the first inlet ducts 21 and the transverse ramp 24 allows a lower pressure drop of the gas flow from the cylinder head until the plenum 25 reaches the collector 20. Ledit plenum 25 allows the junction between the ramp 24 and the mixed inlet duct 22. The burnt gases from the transverse ramp can thus pass to the mixed inlet duct 22 along the deflector 26 and then to the recirculation duct 56 when the valve is opened. EGR.
  • the burnt gases coming from the lateral end pipe 55 are directed towards the plenum 25 and more particularly towards the access chamber 28 towards the turbine 27. At the outlet of the exhaust face, said gases are directed into the exhaust duct.
  • mixed inlet 22 whose passage section at this location is much larger than the passage section of the lateral end pipe 55, which increases the pressure drops.
  • the deflector 26 promotes this gas flow by substantially reducing the passage section in the mixed inlet duct 22.
  • said gases are directed by the walls of the collector 20 and the deflector 26 vis-à-vis with the outlets of the inlet ducts 21,22 to arrive in the recirculation duct.
  • the flows of the burned gases are thus represented by arrows in figure 2 .

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Abstract

Système de recirculation (100) des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant une culasse (50) dont laquelle sont creusés :
- des premières canalisations (53),
- une canalisation d'extrémité latérale (55), toutes les canalisations étant connectées avec des chambres à combustion,
- et un conduit de recirculation (56) de gaz d'échappement adjacent à la canalisation d'extrémité (55),
débouchant tous par une bouche (54, 60) distincte d'une face d'échappement de culasse dans un collecteur d'échappement, chacune des canalisations étant connectée à un conduit d'entrée (21, 22) distinct du collecteur (20) débouchant ensuite dans un plénum d'admission (25) du collecteur,
caractérisé en ce que le conduit de recirculation (56) et la canalisation d'extrémité (55) adjacente débouchent de la face d'échappement (52) par une même bouche (60) dans un même conduit d'entrée mixte (22) du collecteur d'échappement en amont du débouché dans le plénum (25) d'admission.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne un moteur à combustion interne ou thermique d'un véhicule automobile
  • La présente invention concerne plus particulièrement un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique suralimenté.
  • La présente invention concerne un système de recirculation des gaz brulés haute pression du moteur thermique suralimenté.
    • Etat de la technique
  • La présente invention concerne les moteurs à combustion interne destinés notamment à équiper les véhicules automobiles, qui mettent en oeuvre des moyens de recirculation de gaz d'échappement.
  • La présente invention concerne plus particulièrement des moyens de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, deviennent chaque jour plus sévères dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Une technique connue de dépollution des moteurs à combustion interne consiste à opérer la recirculation de gaz d'échappement à l'admission afin de diminuer les oxydes d'azote. Cette technique consiste à réinjecter suivant les conditions de fonctionnement du moteur une partie des gaz d'échappement dans les chambres de combustion du moteur, ce qui a pour effet de réduire en proportion la quantité de gaz comburant et donc d'abaisser la température de combustion, d'où une diminution de la production des NOx ou d'oxydes d'azote.
  • Le procédé généralement adopté est la "recirculation externe" des gaz d'échappement à l'aide d'une soupape pilotée RGE (Recyclage des Gaz d'Echappement), encore appelée vanne EGR, fermant ou ouvrant une canalisation reliant le collecteur d'échappement au répartiteur d'admission. La vanne EGR permet d'injecter à l'admission une quantité déterminée de gaz prélevés à l'échappement suivant les conditions de fonctionnement du moteur.
  • De manière connue, comme cela est notamment décrit dans les demandes de brevet n° FR-2.372.319 ou FR-78/33196 , les moteurs à combustion interne connus fonctionnant avec une recirculation des gaz d'échappement comportent une première conduite de liaison reliant l'une des tubulures d'un collecteur d'échappement à une vanne EGR disposée dans le compartiment moteur et une seconde conduite de liaison reliant la vanne EGR au collecteur d'admission.
  • Pour simplifier la mise en place d'une telle recirculation des gaz d'échappement, il est également connu de faire un piquage des gaz brulés soit, directement sur la tubulure d'échappement comme cela divulgué dans la publication FR-A1-2689936 soit encore, directement sur le collecteur d'échappement comme cela est décrit dans une autre publication FR-A1-2390590 . Ces dispositions permettent en effet de supprimer l'une ou l'autre des conduites de liaisons, ce qui réduit sensiblement le temps de montage d'une vanne EGR.
  • La mise en place de la vanne EGR sur le collecteur d'admission ou sur le collecteur d'échappement, généralement fixés par une de leurs extrémités sur l'une des parois latérales de la culasse du moteur, a pour inconvénient d'alourdir et donc d'accroître le porte-à-faux de ces pièces, ce qui provoque une augmentation des vibrations dans ces dernières et donc la bruyance du moteur.
  • La publication FR-A1-2721349 propose un système de recirculation des gaz comprenant un conduit de recirculation de gaz EGR creusé dans la culasse et débouchant directement dans un conduit d'échappement connecté à un cylindre dans ladite culasse, ledit conduit de recirculation de gaz débouchant du côté opposé d'une face latérale de la culasse sur laquelle peut être fixée une vanne EGR.
  • Un inconvénient de ce système de recirculation est que le conduit de recirculation des gaz EGR ne communique qu'avec un seul conduit d'échappement et donc le volume des gaz recirculés est moindre ou il est nécessaire de creuser autant de conduits de recirculation dans la culasse que de conduits d'échappement dans la culasse. De plus, le conduit de recirculation EGR débouche dans un conduit d'échappement de manière non optimale pour capter les gaz d'échappement ce qui entraine une moindre efficacité du système de recirculation.
  • Le but de la présente invention est de proposer un moteur à combustion interne comportant des moyens de recirculation de gaz d'échappement, en supprimant les inconvénients de l'art antérieur connu tout en favorisant la simplicité de son montage et la diminution de son encombrement , le tout de façon économique.
  • Le moteur à combustion interne selon l'invention comporte un système de recirculation de gaz haute pression c'est-à-dire que le système comporte un piquage des gaz brulés en amont de dispositifs de dépollution des gaz d'échappement tels qu'un pot catalytique. Ledit moteur comprend d'une part, une culasse dans laquelle sont agencées des canalisations d'admission et d'échappement issues de chambres de combustion et d'autre part, des moyens de recirculation des gaz d'échappement comprenant une vanne EGR, une première canalisation de liaison reliant le circuit d'échappement à la vanne EGR, et une seconde canalisation de liaison reliant la vanne EGR au circuit d'admission.
    • Présentation de l'invention
  • La présente invention concerne plus particulièrement un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant une culasse dont laquelle sont creusés :
    • des premières canalisations d'échappement,
    • une canalisation d'échappement d'extrémité latérale, toutes les canalisations étant connectées avec des chambres à combustion,
    • et un conduit de recirculation de gaz d'échappement adjacent à la canalisation d'extrémité,
    chacune des canalisations débouchant par une bouche distincte d'une face d'échappement de culasse dans un collecteur d'échappement, et donnant dans un conduit d'entrée distinct du collecteur connecté avec un plénum du collecteur,
    caractérisé en ce que le conduit de recirculation et la canalisation d'extrémité adjacente débouchent de la face d'échappement par une même bouche dans un même conduit d'entrée mixte du collecteur d'échappement en amont du débouché dans le plénum d'admission.
  • De manière avantageuse, le moteur thermique comporte une culasse dans laquelle sont creusées des canalisations de gaz d'échappement qui sont sensiblement orthogonales à la face d'échappement de la culasse, chacune des canalisations débouche de ladite face d'échappement par une bouche. La culasse comprend des premières canalisations regroupées selon un côté de la culasse et une canalisation d'extrémité latérale ainsi qu'un conduit de recirculation des gaz brulés, chacune desdites premières canalisations est distincte et débouche de la face d'échappement de la culasse du moteur thermique par une bouche distincte qui donne dans un conduit d'entrée distinct dans le collecteur. On entend par le terme « distinct » le fait qu'une canalisation est séparée d'une autre canalisation adjacente par au moins une paroi. La canalisation d'extrémité latérale et le conduit de recirculation débouchent de la face d'échappement par une même bouche donnant dans un même conduit d'entrée mixte du collecteur. Ainsi les gaz brulés issus des différentes canalisations premières et d'extrémité sont susceptibles d'être captés et dirigés dans le conduit de recirculation dont l'encombrement est réduit car il est creusé dans la culasse.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • * le collecteur comporte un déflecteur apte :
      • à diriger les gaz d'échappement dans le conduit d'entrée mixte depuis une bouche d'entrée vers le plénum,
      • et à ramener des gaz d'échappement vers le conduit de recirculation.
      De manière avantageuse, le collecteur d'échappement comporte un déflecteur qui permet d'une part un passage optimal des gaz brulés depuis la canalisation d'extrémité latérale dans le collecteur d'échappement et d'autre part de ramener des gaz d'échappement vers le conduit de recirculation, ce qui améliore l'efficacité et la perméabilité du conduit d'entrée mixte et du conduit de recirculation.
    • * le déflecteur est agencé en vis-à-vis du débouché du conduit d'entrée mixte.
      De manière avantageuse, le déflecteur est agencé en vis-à-vis du débouché du conduit d'entrée mixte dans le collecteur et favorise la conduite des gaz recirculés issus d'une part de la canalisation d'extrémité latérale dans le collecteur d'échappement et d'autre part des autres conduits d'entrée connectés avec les premières canalisations vers le conduit de recirculation.
    • * le déflecteur prolonge une paroi en vis-à-vis du débouché du conduit d'entrée mixte.
  • De manière avantageuse, le déflecteur prolonge une partie de la paroi du collecteur en vis-à-vis avec le débouché du conduit d'entrée mixte ; il peut par exemple être formé par un bossage depuis cette paroi ce qui est simple et économique.
    • le conduit d'entrée mixte du collecteur présente une section de passage des gaz se réduisant depuis une partie amont connectée avec la bouche de débouché du conduit de recirculation et de la canalisation d'extrémité adjacente vers une partie aval connectée avec le plénum du collecteur.
      De manière avantageuse, le conduit d'entrée mixte présente une section de passage des gaz se réduisant depuis une partie amont en vis-à-vis avec la culasse vers une partie aval connectée avec le plénum, ladite réduction permet d'une part une meilleure conduite des gaz vers le plénum et d'autre part de mieux capter des gaz en direction du conduit de recirculation.
    • les conduits d'entrée connectés aux premières canalisations sont raccordés à une rampe transversale de section de passage constante et égale à la section de passage desdits conduits d'entrée, débouchant dans le plénum.
      De manière avantageuse, le passage des gaz depuis la culasse jusqu'au plenum du collecteur est fait à section de passage constante analogue à une traversée d'un tube cylindrique pour minimiser les pertes de charge.
    • le conduit de recirculation comporte une extrémité opposée débouchant d'une face latérale de la culasse.
      De manière avantageuse, le conduit de recirculation comporte une première extrémité débouchant de la face d'échappement et une seconde extrémité d'une face latérale sensiblement orthogonale à la face d'échappement et contre laquelle une vanne EGR pourra être fixée, ce qui réduit l'encombrement du système de recirculation.
    • le plenum comporte une chambre d'accès vers une turbine.
      De manière avantageuse, le plénum du collecteur comporte une chambre d'accès vers une turbine notamment d'un turbocompresseur, ce qui permet de réduire l'encombrement général du moteur et d'améliorer l'efficacité des composants du moteur dont le turbocompresseur.
    • la rampe transversale et le conduit d'entrée mixte comportent un axe dirigé vers la chambre d'accès vers la turbine.
  • De manière avantageuse, la rampe transversale et le conduit d'entrée mixte sont apte à diriger les gaz vers la turbine du turbocompresseur afin d'améliorer son efficacité.
    • Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
    • - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un système de turbocollecteur
    • - la figure 2 est une vue schématique de coupe de la culasse et du collecteur d'échappement.
    • - la figure 3 est une vue schématique de la bride d'interface du collecteur.
    • La figure 4 est une vue schématique des conduits de gaz du collecteur.
    Description détaillée des figures
  • Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
  • On entend dans ce document par les termes « section de passage » d'un conduit ou d'une ouverture une surface dudit conduit ou de la dite ouverture transversale à l'axe du conduit ou de l'ouverture.
  • Les moteurs thermiques ou à combustion interne de véhicule automobile comportent d'une part des systèmes en vue de réduire la pollution des gaz brulés issus de chambres à combustion du moteur et d'autre part des systèmes de suralimentation afin d'améliorer l'efficacité desdits moteurs.
  • Dans le but de réduire la pollution, il est connu de renvoyer au moins une part des gaz brulés vers l'admission du moteur, ladite partie est alors mélangée avec de l'air frais avant son entrée dans les cylindres du moteur. On distingue deux types de recirculation de gaz brulés : d'une part une recirculation en basse pression qui comporte un prélèvement de gaz brulés en aval selon le sens d'écoulement des gaz de dispositifs de dépollution tels qu'un pot catalytique, d'autre part une recirculation en haute pression où les gaz brulés sont captés en amont des dispositifs de dépollution et de manière préférentielle en sortie d'une culasse du moteur. Les gaz brulés sont alors prélevés au niveau d'un collecteur d'échappement fixé contre une face d'échappement du moteur.
  • De manière générale, un moteur thermique comporte un carter-cylindres comprenant des cylindres dans lesquels un piston est mobile en coulissement selon l'axe du piston et une culasse recouvrant la partie supérieure du carter-cylindres et donc fermant des chambres à combustion délimitées par les parois des cylindres, les pistons et la culasse. Dans la culasse sont creusés des conduits d'admission et des canalisations d'échappement. De l'air frais capté à l'extérieur du véhicule et mélangé ensuite avec des gaz brulés est conduit vers les cylindres du moteur via les conduits d'admission et par un répartiteur d'admission fixé contre la face d'admission du moteur. Lesdits gaz sont injectés dans les chambres à combustion en partie haute de cylindres du carter cylindres et mélangés avec du carburant pour engendrer une explosion dans ladite chambre générant des gaz brulés. Les gaz brulés sont alors poussés en dehors des chambres à combustion via des canalisations d'échappement vers une face d'échappement du moteur du côté opposé à la face d'admission.
  • La présente invention concerne un système de recirculation 100 des gaz brulés haute pression prélevés au niveau du collecteur d'échappement 20 pour être renvoyés vers la face d'admission du côté opposé du moteur. L'écoulement desdits gaz recirculés est contrôlé par une vanne EGR pour « Exhaust Gaz Recirculation » en anglais.
  • Tel que présenté en figure 2, le moteur thermique de véhicule automobile comporte une culasse 50 dans laquelle sont creusées les canalisations d'échappement 51 connectées avec les chambres à combustion (non représentés) du moteur. Lesdites canalisations 51 débouchent de façon sensiblement orthogonale à la face d'échappement 52 de la culasse, les débouchés desdites canalisations sont alignés selon l'axe longitudinal X de la culasse. L'invention propose des premières canalisations d'échappement 53 disposées du côté de la face accessoires 58 de la culasse et débouchant de la face échappement de ladite culasse par des premières bouches 54 sensiblement identiques, oblongues et alignées selon l'axe longitudinal X et une canalisation d'échappement 55 d'extrémité du côté d'une face d'accouplement 59 de la culasse et un conduit de recirculation 56 creusés dans la culasse. Le conduit de recirculation comporte une première extrémité 57 débouchant de la face d'échappement de la culasse et une seconde extrémité 57' débouchant de la face d'accouplement 59 sensiblement orthogonale à la face d'échappement 52 de la culasse 50. Selon la figure 2, le conduit de recirculation 56 et la canalisation d'extrémité adjacente débouchent de la face d'échappement 52 par une même bouche d'extrémité 60 qui présente une ouverture oblongue dont la section est sensiblement double des sections des premières bouches 54. Le collecteur 20 de gaz est fixé par une face de contact 52' contre la face d'échappement 52 de la culasse et comporte des conduits d'entrée 21,22 débouchant de ladite face de contact par des bouches d'entrée premières et d'extrémité 54', 60' dont les sections de passage de passage des gaz sont sensiblement égales respectivement aux sections des premières bouches 54 et de la bouche d'extrémité 60 tel que représenté en figures 1 à 3, lesdites figures permettent d'apprécier les sections des premières bouches et de la bouche d'extrémité.
  • Les figures 2 et 4 représentent en inversé des cavités creusées dans le collecteur 20, le collecteur entourant les volumes 13 desdites cavités représentés. Ledit collecteur 20 est fixé contre la face d'échappement 52 de la culasse.
  • Le collecteur 20 comprend des premiers conduits d'entrée des gaz 21 qui sont connectés aux premières canalisations 53 et un conduit d'entrée dit mixte 22 connecté à la canalisation d'extrémité 55 latérale avec le conduit de recirculation 56. Le conduit d'entrée 22 est dit mixte car il peut être le siège de flux de gaz dans deux sens opposé. Les sections d'entrée des premiers conduits d'entrée 21 sont au moins égales aux sections des ouvertures des premières bouches 54 et il en est de même pour la section du conduit d'entrée mixte 22 connecté avec la bouche d'extrémité 60 par laquelle débouchent la canalisation d'extrémité avec le conduit de recirculation.
  • Tel que représenté en figure 4, les premiers conduits d'entrée 21 présentent une section de passage 23 des gaz sensiblement constante et débouchent dans une rampe transversale 24 s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal X du moteur. De manière préférentielle, la section de passage des gaz dans la rampe transversale 24 est constante sur toute la longueur de ladite rampe. Ladite rampe transversale 24 est ainsi connectée avec chacun des premiers conduits d'entrée 21 et présente une extrémité dirigée vers un plénum 25 et plus précisément vers une chambre d'accès 28 à une turbine 27 de turbocompresseur.
  • Le conduit d'entrée mixte 22 est creusé dans le collecteur selon un axe dirigé vers le plenum 25 pour diriger des gaz brulés vers ledit plenum et particulièrement vers chambre d'accès 28 à la turbine de turbocompresseur. La section de passage 23' du conduit d'entrée mixte est réduite de manière préférentielle de manière continue pour présenter une section de passage en regard avec le plenum sensiblement égale à la section de passage de la rampe transversale 24.
  • Selon un mode de réalisation, la section de passage des gaz dans le rampe transversale 24 est comprise entre 600 et 750 mm2 et la section de passage du conduit d'entrée mixte diminue de 1500 à 750 mm2 depuis l'extrémité amont 24am en regard avec la culasse jusqu'à l'extrémité aval 24av donnant dans le plénum 25.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le collecteur comporte un déflecteur 26 s'étendant depuis une paroi du collecteur en vis-à-vis avec le débouché 22av du conduit d'entrée mixte 22 dans le plénum 25. Selon la figure 2, le déflecteur 26 est formé par un bossage depuis la paroi du collecteur en regard avec le conduit d'entrée mixte 22. La section de passage des gaz brulés issus de la canalisation d'extrémité latérale 55 est donc réduite par le déflecteur 26 dans le conduit d'entrée mixte 22 depuis la bouche d'entrée 60' du conduit d'entrée mixte jusqu'au plénum 25.
  • Lors du fonctionnement du moteur, les gaz brulés sont expulsés des chambres de combustion selon un cycle de combustion c'est-à-dire que les gaz brulés ne remplissent pas toutes les canalisations d'échappement 51,53, 55 à la fois, la valeur sensiblement constante des sections de passage des premiers conduits d'entrée 21 et de la rampe transversale 24 permet une moindre perte de charge de l'écoulement des gaz depuis la culasse jusqu'à l'atteinte du plénum 25 dans le collecteur 20. Ledit plénum 25 permet la jonction entre la rampe transversale 24 et le conduit d'entrée mixte 22. Les gaz brulés issus de la rampe transversale peuvent ainsi passer vers le conduit d'entrée mixte 22 en longeant le déflecteur 26 puis vers le conduit de recirculation 56 lors de l'ouverture de la vanne EGR.
  • Les gaz brulés issus de la canalisation 55 d'extrémité latérale sont dirigés vers le plénum 25 et plus particulièrement vers la chambre d'accès 28 vers la turbine 27. Au débouché de la face d'échappement, lesdits gaz sont dirigés dans le conduit d'entrée mixte 22 dont la section de passage à cet endroit est beaucoup plus grande que la section de passage de la canalisation d'extrémité latérale 55, ce qui accroit les pertes de charge. Le déflecteur 26 favorise cet écoulement des gaz en réduisant sensiblement la section de passage dans le conduit d'entrée mixte 22.
  • Pour améliorer le passage des gaz de la canalisation d'extrémité 55 vers le conduit de recirculation 56, on peut prévoir de réduire la paroi de séparation entre ladite canalisation d'échappement 55 et le conduit de recirculation 56, par exemple en permettant une liaison entre lesdits deux conduits juste avant la bouche de sortie 60 de la face d'échappement ou en rabotant légèrement l'angle 61 de la paroi de séparation 62 entre la canalisation d'extrémité et le conduit de recirculation avant la face d'échappement de la culasse pour obtenir un arrondi.
  • Selon les vitesses des gaz, lesdits gaz sont dirigés par les parois du collecteur 20 et du déflecteur 26 en vis-à-vis avec les débouchés des conduits d'entrée 21,22 pour arriver dans le conduit de recirculation. Les écoulements des gaz brulés sont ainsi représentés par des flèches en figure 2.
  • L'objectif est atteint :
    • Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims (10)

  1. Système de recirculation (100) des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant une culasse (50) dont laquelle sont creusés :
    - des premières canalisations (53),
    - une canalisation d'extrémité latérale (55), toutes les canalisations étant connectées avec des chambres à combustion,
    - et un conduit de recirculation (56) de gaz d'échappement adjacent à la canalisation d'extrémité (55),
    débouchant tous par une bouche (54, 60) distincte d'une face d'échappement de culasse dans un collecteur d'échappement, chacune des canalisations étant connectée à un conduit d'entrée (21, 22) distinct du collecteur (20) débouchant ensuite dans un plénum d'admission (25) du collecteur,
    caractérisé en ce que le conduit de recirculation (56) et la canalisation d'extrémité (55) adjacente débouchent de la face d'échappement (52) par une même bouche d'extrémité (60) dans un même conduit d'entrée mixte (22) du collecteur d'échappement en amont du débouché dans le plénum (25) d'admission.
  2. Système de recirculation (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur comporte un déflecteur (26) apte :
    - à diriger les gaz d'échappement dans le conduit d'entrée mixte (22) depuis une bouche d'entrée (60') vers le plénum (25),
    - et à ramener des gaz d'échappement vers le conduit de recirculation (56).
  3. Système de recirculation (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur (26) est agencé en vis-à-vis du débouché (22av) du conduit d'entrée mixte (22).
  4. Système de recirculation (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déflecteur prolonge une paroi en vis-à-vis du débouché (22av) du conduit d'entrée mixte (22).
  5. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit d'entrée mixte (22) du collecteur (20) présente une section de passage (23) des gaz se réduisant depuis une partie amont connectée avec la bouche de débouché du conduit de recirculation et de la canalisation d'extrémité adjacente vers le débouché (22av) connecté avec le plénum du collecteur.
  6. Système de recirculation (100° selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les conduits d'entrée (21) connectés aux premières canalisations (53) sont raccordés à une rampe transversale (24) de section de passage constante et égale à la section de passage (23) desdits conduits d'entrée (21) débouchant dans le plénum.
  7. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit de recirculation (56) comporte une extrémité en aval (57') débouchant d'une face latérale d'accouplement (59) de la culasse.
  8. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le plénum (25) comporte une chambre d'accès (28) vers une turbine.
  9. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la rampe transversale (24) et le conduit d'entrée mixte (22) comportent un axe dirigé vers la chambre d'accès (28) à la turbine.
  10. Moteur thermique de véhicule automobile comportant un système de recirculation (100) des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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