EP4208631A1 - Dispositif d'injection d'air à l'échappement - Google Patents

Dispositif d'injection d'air à l'échappement

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EP4208631A1
EP4208631A1 EP20772305.7A EP20772305A EP4208631A1 EP 4208631 A1 EP4208631 A1 EP 4208631A1 EP 20772305 A EP20772305 A EP 20772305A EP 4208631 A1 EP4208631 A1 EP 4208631A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
cylinder head
air duct
exhaust
injection system
Prior art date
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Pending
Application number
EP20772305.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fernando Almeida
Joseph Lefebvre
Vanbatten PHILIPPE
Thomas VENEZIANI
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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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP4208631A1 publication Critical patent/EP4208631A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
    • F01N3/32—Arrangements for supply of additional air using air pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/001—Exhaust gas flow channels or chambers being at least partly formed in the structural parts of the engine or machine
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    • F01N3/222—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives using electric valves only
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1433—Pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust air injection device for a combustion engine.
  • the invention also relates to an exhaust air injection system for a combustion engine.
  • the invention also relates to a powertrain comprising such an air injection device and / or such an air injection system.
  • the invention finally relates to a motor vehicle comprising such a powertrain and / or such an air injection device and / or such an air injection system.
  • the internal combustion engines of a motor vehicle can have an exhaust air injection system, also called an IAE system or a secondary air injection system.
  • the injection of fresh air pressurized into the exhaust ducts of a combustion engine causes combustion in the exhaust ducts of certain residues.
  • This combustion generates an increase in the temperature of the exhaust gases upstream of pollution control members such as a catalyst pot, a particulate filter, a selective catalytic reduction device.
  • pollution control members such as a catalyst pot, a particulate filter, a selective catalytic reduction device.
  • pollution control units are only effective from a certain temperature of the exhaust gases (for example around 400 ⁇ ), the integration of an air injection system into the exhaust makes it possible to improve their functioning.
  • an exhaust air injection system makes it possible to accelerate the increase in the temperature of a pollution control unit, and thus to meet antipollution standards.
  • An exhaust air injection system is generally composed of an air injection pump pressurizing the air captured at the outlet of an air filter, a solenoid valve controlling the flow rate of air and an air distribution system to an exhaust manifold.
  • These systems include many conduits. They are therefore heavy and bulky and their integration into an engine compartment can be tricky. In addition, these systems can easily get dirty. The interfaces between the many pipes can also generate leaks. Thus, exhaust air injection systems are sometimes unreliable. Finally, the numerous air conduits cause pressure drops. The pump of an air injection system must therefore be powerful enough to compensate for these pressure drops.
  • the aim of the invention is to provide a device for injecting air into the exhaust which overcomes the above drawbacks and improves the devices known from the prior art.
  • a first object of the invention is an exhaust air injection device which is particularly light and compact.
  • a second object of the invention is an exhaust air injection device which does not easily clog.
  • a third object of the invention is an exhaust air injection device which does not cause air leakage or exhaust gas leakage.
  • a fourth object of the invention is a device for injecting air into the exhaust which generates a minimum of pressure drop.
  • a fifth object of the invention is a device for injecting air into the exhaust which is easily accessible for the purposes of possible intervention for repair.
  • the invention relates to an exhaust air injection system for a combustion engine, the air injection system comprising:
  • the air injection device comprising a cylinder head and a cylinder head cover
  • the cylinder head cover comprising a body in which is formed a first air duct
  • the cylinder head comprising a body in which a second is formed air line and a gas exhaust line
  • the first air line being able to be connected upstream to an air injection pump
  • the first air line being connected downstream to the second line air
  • the second air line being connected downstream to the gas exhaust line
  • the solenoid valve being fixed against the cylinder head cover, the solenoid valve being connected downstream to the first air line.
  • the air injection system may include a second sealing device between the cylinder head and the cylinder head cover, the second sealing device being adapted to prevent leaks of air or exhaust gas from the first pipe. air or from the second air line.
  • the second sealing device may include a metal gasket.
  • the cylinder head can include a plurality of gas exhaust ducts, and the second air duct can include a chamber and a plurality of air duct portions, each duct portion air being connected upstream to said chamber, and each air duct portion being connected downstream respectively to one of the gas exhaust ducts.
  • the first air duct can be arranged vertically above the second air duct, and the second air duct can extend from the first air duct, the second air duct being arranged vertically above. the gas exhaust duct, so that a condensate formed in the first air duct or in the second air duct cannot stagnate in the first air duct or in the second air duct.
  • the cylinder head cover may include an attachment interface for the solenoid valve, the attachment interface comprising a third sealing device, the third sealing device being for preventing leakage of air or exhaust gas.
  • the air injection system may include a support for a solenoid valve, said support being fixed directly against the cylinder head cover, the solenoid valve being fixed directly against said support, said support comprising an air collection chamber connected downstream to the first air line.
  • the cylinder head cover may include a recess to increase the volume of the air collecting chamber.
  • the air injection system may include a first sealing device between the cylinder head and the cylinder head cover, the first sealing device being adapted to prevent leakage of oil vapor to the exterior of a body.
  • the first sealing device including a resin seal.
  • the invention also relates to a power train comprising a combustion engine, the combustion engine comprising an air injection system as defined above.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising an air injection system as defined above, and / or a powertrain as defined above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a motor vehicle comprising a device for admitting air to the exhaust according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view of a combustion engine equipped with a device for admitting air to the exhaust according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 is an isometric perspective view of a cylinder head cover of the air intake device to the exhaust.
  • Figure 4 is a top isometric view of the cylinder head cover.
  • Figure 5 is an isometric view from below of the cylinder head cover.
  • FIG. 1 schematically illustrates a motor vehicle 1 equipped with a powertrain 2 according to one embodiment of the invention.
  • vehicle 1 can be of any kind. In particular, it may for example be a private vehicle, a utility vehicle, a truck or a bus.
  • the powertrain 2 comprises a combustion engine 3 and an exhaust air injection system 4.
  • upstream and downstream are defined with reference to the direction of natural flow of air or exhaust gas. Air or exhaust gases flow from upstream to downstream. In addition, it is considered that the vehicle 1 rests on horizontal ground.
  • the vertical Z axis is represented by a vector oriented from bottom to top.
  • the combustion engine 3 comprises an engine block 5 in which are formed cylinders, seats for the combustion of a fuel, for example gasoline or diesel.
  • the cylinders can be any number, for example three cylinders, four cylinders, six cylinders or eight cylinders.
  • the combustion engine 3 also comprises a cylinder head 6 fixed to the engine block 5.
  • the cylinder head 6 is a part of the combustion engine ensuring the top closing of the cylinders.
  • the cylinder head 6 houses or supports in particular the air intake valves, the exhaust valves 7 as well as the camshafts 8 in mechanical connection with the intake valves and the exhaust valves 7.
  • the valves exhaust are mechanical parts separating each of the cylinders from a gas exhaust pipe 9.
  • the gas exhaust pipe 9 is a channel formed in the cylinder head for discharging the exhaust gases, that is to say the gases resulting from the combustion of fuel in the cylinders.
  • the cylinder head can include as many separate gas exhaust pipes 9 as there are cylinders. Each gas exhaust line leads the exhaust gas from a cylinder to the outside of the cylinder head.
  • the powertrain also comprises an exhaust device comprising an exhaust manifold 10, for example fixed against the cylinder head at the outlet of the gas exhaust pipes 9.
  • the exhaust manifold may include as many inlets as there are pipes of 'gas exhaust and a single outlet. It is connected downstream to an exhaust pipe 11, itself connected downstream to a pollution control unit 12.
  • the pollution control unit can for example be a catalyst converter, a particulate filter, a selective catalytic reduction device.
  • the pollution control unit may require that the exhaust gases reach a temperature threshold in order to operate optimally, for example a threshold of approximately 400 ⁇ .
  • the combustion engine 3 also includes a cylinder head cover 13, or cylinder head cover or even cylinder head cap.
  • the cylinder head cover is an upper part of the combustion engine 3 covering the cylinder head 6.
  • the cylinder head cover 13 can be mounted in vertical support on the cylinder head 6.
  • a substantially horizontal plane P1 can vertically separate the cylinder head.
  • the cylinder head 6 can comprise two lower half-bearings 14 and the cylinder head cover 13 can comprise two upper half-bearings 15.
  • the two lower half-bearings 14 cooperate with the two upper half-bearings 15 to form two bearings supporting two camshafts.
  • the assembly formed by the cylinder head 6 and the cylinder head cover 13 forms a sealed internal volume 16 in which can be arranged in particular the camshafts 8 and the valves 7. Oil, in the form of vapor or droplets, can be arranged. be in this internal volume 16 in order to lubricate various mobile elements of the engine combustion, in particular to lubricate camshafts and valves.
  • the cylinder head and the cylinder head cover can be one-piece parts. They can be made of metal. They can be obtained by machining and / or by foundry.
  • the cylinder head cover is fixed in a sealed manner to the cylinder head, for example by means of fixing screws.
  • the cylinder head and the cylinder head cover may further comprise stiffening ribs, openings intended to accommodate, for example, injectors and / or spark plugs.
  • the exhaust air injection system 4 comprises an air injection device 17 formed in the cylinder head 6 and the cylinder head cover 13. It also comprises an air filter 18, an injection pump. air 19, and a solenoid valve 20.
  • the air filter 18 is connected downstream to the air injection pump 19 by a first external pipe 21.
  • the air injection pump 19 is connected downstream to the air injection pump 19. solenoid valve 20 via a second external pipe 22.
  • the air filter 18 is a member capable of taking fresh air from the outside and filtering it. In particular, it can filter particles suspended in the air to prevent them from entering any further into the exhaust air injection system.
  • the air filter 18 can also serve to filter the fresh air which is supplied to the cylinders via intake lines to allow combustion of the fuel.
  • the air injection pump 19, or more simply the air pump 19, is a pump capable of putting the air coming from the air filter 18 under pressure. It can be electrically connected to a source of electrical energy and to an electronic control unit. Its activation can be controlled by control commands issued by the electronic control unit.
  • the solenoid valve 20 is a member capable of controlling the flow of air passing through it. It may include a connector electrically connected to an electronic control unit. Control commands issued by the electronic control unit make it possible to control the flow of air passing through the solenoid valve. It is fixed to the cylinder head cover 13 by means of a support 23. The support 23 is fixed, for example screwed, directly against the cylinder head cover and the solenoid valve is fixed, for example screwed directly against the support 23.
  • the support 23 is fixed on a fastening interface 24 of the cylinder head cover clearly visible in FIG. 4.
  • the solenoid valve is thus firmly held against the combustion engine 3, without overhang.
  • Such fixing of the solenoid valve is particularly reliable and resistant to vibrations.
  • the support 23 comprises an air collection chamber connected downstream to the air injection device 17.
  • the support 23 may also include a channel connected upstream to the air collection chamber and downstream to the device. air injection 17, in particular to a first air duct 25 formed in the cylinder head cover.
  • the support 23 and the cylinder head cover could form one and the same part. In other words, the solenoid valve could be fixed directly against the cylinder head cover.
  • the cylinder head cover may also include a recess so as to save material and increase the volume of the collection chamber. This recess can advantageously be positioned, below the solenoid valve 20.
  • the air injection device 17 that is to say a part of the exhaust air injection system 4 formed in the body of the combustion engine.
  • the cylinder head cover 13 comprises a body in which the first air duct 25 is formed.
  • the cylinder head comprises a body in which a second air duct 26 and the gas exhaust duct 9 are formed.
  • first air duct 25 and the second air duct are therefore recesses made respectively in the body of the cylinder head cover 13 and in the body of the cylinder head 6.
  • the first air duct 25 is connected (i.e. that is to say butted) downstream to the second air pipe 26.
  • the second air pipe 26 is connected downstream to the gas exhaust pipe 9.
  • the first air duct 25 therefore comprises an inlet which can be arranged on an upper face of the cylinder head cover and an outlet which can be arranged on a lower face of the cylinder head cover, the lower face being in contact with the cylinder head 6.
  • the second air duct 26 comprises an inlet arranged on an upper face of the cylinder head and an outlet which can be arranged on a lateral face of the cylinder head.
  • the first air duct 25 is arranged above the second air duct 26.
  • the second air duct extends the first air duct 25 and is arranged above the gas exhaust duct 9.
  • a liquid or a condensate formed in the first air duct cannot stagnate there and is evacuated by gravity towards the second air duct.
  • a liquid or a condensate formed in the second air line cannot stagnate there and is evacuated by gravity towards the gas exhaust line 9.
  • neither the first air line 25 nor the second air line 26 has a low point forming a retention volume for a liquid.
  • the orientation of the first air line and the second air line could be made as vertical as possible to promote gravity flow of any liquid or condensate to the exhaust line.
  • the assembly formed by the cylinder head and the cylinder head cover comprises a first sealing device 31 and a second sealing device 32, both arranged between the cylinder head and the cylinder head cover along the plane P1.
  • the first sealing device is able to prevent oil vapor leaks outside the assembly formed by the cylinder head and the cylinder head cover.
  • the first sealing device can be arranged around the interior volume 16, in which lubricating oil can be under pressure.
  • the second sealing device is adapted to prevent leakage of air or exhaust gas from the first air line or from the second air line of the air injection device. It is arranged around the interface formed between the first air duct and the second air duct. It may have a shape substantially reproducing the shape of a section of the first air duct and of the second air duct, for example a generally circular or generally rectangular shape.
  • the two sealing devices are therefore subject to different stresses.
  • the first device is designed to withstand an environment loaded with lubricating oil
  • the second device is designed to resist pressurized air from upstream or possibly high temperature exhaust gases which would occasionally go upstream from the pipe exhaust gas 9.
  • the first sealing device 31 may include a resin seal.
  • the second sealing device may include a metal gasket.
  • the air injection device could comprise a single sealing device which is both resistant to oil, to pressurized air and to exhaust gases. This single sealing device could for example be a metal seal.
  • a single sealing device would be more complex and more expensive to implement than two separate sealing devices of a different nature.
  • the housing cover further comprises a third sealing device 33 arranged on the fixing interface 24 for the support 23 holding the solenoid valve 20.
  • the third sealing device 33 is designed to resist pressurized air coming from upstream or possibly exhaust gases which occasionally rise upstream from the gas exhaust pipe 9.
  • the third sealing device may include a metal gasket.
  • the combustion engine 3 can be positioned at a short distance from a hood 34 of the vehicle.
  • the solenoid valve can be positioned so as to be accessible directly under the hood 34 of the vehicle. Its maintenance and / or its possible replacement is thus facilitated.
  • the air then passes through the first air duct 25 and reaches the second air duct 26 integrated into the cylinder head. Thanks to the second sealing device 32, no air or exhaust gas leakage occurs at the interface between the first air duct and the second air duct.
  • the air arrives in the chamber 27 from which it is distributed in the air duct portions 28.
  • the air is then injected into the gas exhaust ducts 9 as close as possible to the exhaust valves 7.
  • the air is then injected into the gas exhaust ducts 9.
  • air flow from the outside to the gas exhaust ducts offers a low pressure drop and good distribution homogeneity in the various gas exhaust ducts 9.
  • the air thus mixed with the gas from exhaust allows the combustion of residues present in the exhaust gases.
  • the temperature of the exhaust gases can thus rise rapidly as soon as the combustion engine is started.
  • the exhaust gases are then evacuated out of the combustion engine 3 passing through the exhaust manifold 10, the exhaust pipe 11 and the pollution control member 12.
  • the exhaust gases having reached a high temperature, the pollution control unit can operate optimally.
  • the exhaust gases thus treated can then be exhausted out of the vehicle.
  • condensate forms in the exhaust air injection system it is guided by gravity towards the exhaust gas pipe 9. It cannot therefore stagnate or accumulate in the exhaust air. one in the pipes of the exhaust air injection system.
  • the various moving parts within the cylinder head 6 can be lubricated with pressurized oil. Pressurized oil does not escape through the interface between the cylinder head cover and the cylinder head thanks to the first sealing device 31.

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Abstract

Système d'injection d'air (4) à l'échappement pour un moteur à combustion (3), comprenant : - un dispositif d'injection d'air (17), et - une électrovanne (20), le dispositif d'injection d'air (17) comprenant une culasse (6) et un couvercle de culasse (13), le couvercle de culasse comprenant un corps dans lequel est formé une première conduite d'air (25), la culasse comprenant un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air (26) et une conduite d'échappement des gaz (9), la première conduite d'air (25) étant reliée en amont à une pompe d'injection d'air (19), la première conduite d'air (25) étant reliée en aval à la deuxième conduite d'air (26), la deuxième conduite d'air (26) étant reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz (9), l'électrovanne (20) étant fixée contre le couvercle de culasse (13) et reliée en aval à la première conduite d'air (25).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif d'injection d'air à l'échappement Domaine Technique de l'invention
L’invention concerne un dispositif d'injection d'air à l'échappement pour un moteur à combustion. L’invention porte aussi sur un système d'injection d'air à l'échappement pour un moteur à combustion. L’invention porte encore sur un groupe motopropulseur comprenant un tel dispositif d'injection d'air et/ou un tel système d'injection d'air. L'invention porte enfin sur un véhicule automobile comprenant un tel groupe motopropulseur et/ou un tel dispositif d'injection d'air et/ou un tel système d'injection d'air.
Etat de la technique antérieure Les moteurs à combustion interne d'un véhicule automobile peuvent disposer d’un système d'injection d'air à l'échappement, également dénommé système IAE ou système d'injection d'air secondaire. L'injection d'air frais mis sous pression dans des conduits d'échappement d'un moteur à combustion entraîne une combustion dans les conduits échappement de certains résidus. Cette combustion engendre une augmentation de la température des gaz d'échappement en amont d'organes de dépollution tel qu'un pot catalyseur, un filtre à particules, un dispositif de réduction catalytique sélective. Ces organes de dépollution n'étant efficaces qu’à partir d’une certaine température des gaz d'échappement (par exemple environ 400Ό), l'intégration d'un système d'inject ion d'air à l'échappement permet d'améliorer leur fonctionnement. En particulier, lors d'un démarrage du moteur, un système d'injection d'air à l'échappement permet d'accélérer l’augmentation de la température d'un organe de dépollution, et ainsi de répondre aux normes antipollution. Un système d’injection d’air à l’échappement est généralement composé d’une pompe d'injection d'air mettant sous pression de l’air capté en sortie d'un filtre à air, d’une électrovanne pilotant le débit d’air et d’un système de diffusion de l’air vers un collecteur d'échappement. Ces systèmes comprennent de nombreuses conduites. Ils sont donc lourds et volumineux et leur intégration dans un compartiment moteur peut être délicate. De plus, ces systèmes peuvent facilement s'encrasser. Les interfaces entre les nombreuses conduites peuvent également générer des fuites. Ainsi les systèmes d'injection d'air à l'échappement sont parfois peu fiables. Enfin les nombreuses conduites d'air provoquent des pertes de charge. La pompe d'un système d'injection d'air doit donc être suffisamment puissante pour compenser ces pertes de charge.
Présentation de l'invention Le but de l’invention est de fournir un dispositif d'injection d'air à l'échappement remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs connus de l’art antérieur.
Plus précisément, un premier objet de l’invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui soit particulièrement léger et compact.
Un second objet de l’invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui ne s'encrasse pas facilement. Un troisième objet de l’invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui ne provoque pas de fuite d'air ou de fuite de gaz d'échappement.
Un quatrième objet de l'invention un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui génère un minimum de perte de charge. Un cinquième objet de l'invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui soit facilement accessible aux fins d'une éventuelle intervention pour réparation.
Résumé de l'invention
L'invention se rapporte à un système d'injection d'air à l'échappement pour un moteur à combustion, le système d'injection d'air comprenant :
- un dispositif d'injection d'air à l'échappement, et
- une électrovanne, le dispositif d'injection d'air comprenant une culasse et un couvercle de culasse, le couvercle de culasse comprenant un corps dans lequel est formé une première conduite d'air, la culasse comprenant un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air et une conduite d'échappement des gaz, la première conduite d'air étant apte à être reliée en amont à une pompe d'injection d'air, la première conduite d'air étant reliée en aval à la deuxième conduite d'air, la deuxième conduite d'air étant reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz, l'électrovanne étant fixée contre le couvercle de culasse, l'électrovanne étant reliée en aval à la première conduite d'air.
Le système d'injection d'air peut comprendre un deuxième dispositif d'étanchéité entre la culasse et le couvercle de culasse, le deuxième dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement depuis la première conduite d'air ou depuis la deuxième conduite d'air.
Le deuxième dispositif d'étanchéité peut comprendre un joint en métal.
La culasse peut comprendre une pluralité de conduites d'échappement des gaz, et la deuxième conduite d'air peut comprendre une chambre et une pluralité de portions de conduites d'air, chaque portion de conduite d'air étant reliée en amont à ladite chambre, et chaque portion de conduite d'air étant reliée en aval respectivement à une des conduites d'échappement des gaz.
La première conduite d'air peut être agencée verticalement au-dessus de la deuxième conduite d'air, et la deuxième conduite d'air peut prolonger la première conduite d'air, la deuxième conduite d'air étant agencée verticalement au-dessus de la conduite d'échappement des gaz, de sorte qu'un condensât formé dans la première conduite d'air ou dans la deuxième conduite d'air ne puisse pas stagner dans la première conduite d'air ou dans la deuxième conduite d'air.
Le couvercle de culasse peut comprendre une interface de fixation pour l'électrovanne, l'interface de fixation comprenant un troisième dispositif d'étanchéité, le troisième dispositif d'étanchéité étant destiné à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement.
Le système d'injection d'air se peut comprendre un support pour électrovanne, ledit support étant fixé directement contre le couvercle de culasse, l'électrovanne étant fixée directement contre ledit support, ledit support comprenant une chambre de collecte d’air reliée en aval à la première conduite d'air.
Le couvercle de culasse peut comprendre un évidement pour accroître le volume de la chambre de collecte d'air.
Le système d'injection d'air peut comprendre un premier dispositif d'étanchéité entre la culasse et le couvercle de culasse, le premier dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites de vapeur d'huile à l'extérieur d'un corps de culasse, le premier dispositif d'étanchéité comprenant un joint d'étanchéité en résine.
L'invention se rapporte également à un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion, le moteur à combustion comprenant un système d'injection d'air tel que défini précédemment.
L'invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant un système d'injection d'air tel que défini précédemment, et/ou un groupe motopropulseur tel que défini précédemment.
Présentation des figures
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique d'un véhicule automobile comprenant un dispositif d'admission d'air à l'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. [Fig. 2] La figure 2 est une vue en coupe de profil d'un moteur à combustion équipé d'un dispositif d'admission d'air à l'échappement selon un mode de réalisation de l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 une vue isométrique en perspective d'un couvercle de culasse du dispositif d'admission d'air à l'échappement. [Fig. 4] La figure 4 est une vue isométrique de dessus du couvercle de culasse.
[Fig. 5] La figure 5 est une vue isométrique de dessous du couvercle de culasse.
Description détaillée La figure 1 illustre schématiquement un véhicule 1 automobile équipé d’un groupe motopropulseur 2 selon un mode de réalisation de l'invention. Le véhicule 1 peut être de toute nature. Notamment, il peut être par exemple un véhicule particulier, un véhicule utilitaire, un camion ou un bus. Le groupe motopropulseur 2 comprend un moteur à combustion 3 et un système d'injection d'air à l'échappement 4.
Dans la description qui va suivre l'amont et l'aval sont définis en référence au sens d'écoulement naturel de l'air ou de gaz d'échappement. L'air ou les gaz d'échappement circulent de l'amont vers l'aval. De plus, on considère que le véhicule 1 repose sur un sol horizontal. L'axe vertical Z est représenté par un vecteur orienté de bas en haut.
Le moteur à combustion 3 comprend un bloc moteur 5 dans lequel sont formés des cylindres, sièges de la combustion d'un carburant par exemple de l'essence ou du gazole. Les cylindres peuvent être en nombre quelconque, par exemple trois cylindres, quatre cylindres, six cylindres ou huit cylindres. Le moteur à combustion 3 comprend également une culasse 6 fixée au bloc moteur 5. La culasse 6 est une pièce du moteur à combustion assurant la fermeture haute des cylindres. La culasse 6 abrite ou supporte notamment des soupapes d'admission d'air, des soupapes d'échappement 7 ainsi que des arbres à cames 8 en liaison mécanique avec les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement 7. Les soupapes d'échappement sont des organes mécaniques séparant chacun des cylindres d'une conduite d'échappement des gaz 9. La conduite d'échappement des gaz 9 est un canal formé dans la culasse pour évacuer les gaz d'échappement, c’est-à-dire les gaz issus de la combustion du carburant dans les cylindres. La culasse peut comprendre autant de conduites d'échappement des gaz 9 distinctes qu'il y a de cylindre. Chaque conduite d'échappement des gaz conduit les gaz d'échappement depuis un cylindre vers l'extérieur de la culasse. Le groupe motopropulseur comprend également un dispositif d'échappement comprenant un collecteur d'échappement 10, par exemple fixé contre la culasse en sortie des conduites d'échappement des gaz 9. Le collecteur d'échappement peut comprendre autant d'entrée que de conduites d'échappement des gaz et une unique sortie. Il est relié en aval à une conduite d'échappement 11 , elle-même reliée en aval à un organe de dépollution 12. L'organe de dépollution peut être par exemple un pot catalyseur, un filtre à particules, un dispositif de réduction catalytique sélective (également dénommé dispositif SCR), ou tout autre organe apte à assainir ou réduire un taux de particules dans les gaz d'échappement. L'organe de dépollution peut requérir que les gaz d'échappement atteignent un seuil de température pour fonctionner de manière optimale, par exemple un seuil de 400Ό environ.
Le moteur à combustion 3 comprend aussi un couvercle de culasse 13, ou couvre-culasse ou encore chapeau de culasse. Le couvercle de culasse est une partie supérieure du moteur à combustion 3 recouvrant la culasse 6. Comme représenté sur la figure 2, le couvercle de culasse 13 peut être monté en appui vertical sur la culasse 6. Un plan P1 sensiblement horizontal peut séparer verticalement le couvercle de culasse 13 de la culasse 6. La culasse 6 peut comprendre deux demi-paliers inférieurs 14 et le couvercle de culasse 13 peut comprendre deux demi-paliers supérieurs 15. Les deux demi-paliers inférieurs 14 coopèrent avec les deux demi-paliers supérieurs 15 pour former deux paliers supportant deux arbres à cames. L'ensemble formé par la culasse 6 et le couvercle de culasse 13 forme un volume intérieur 16 étanche dans lequel peuvent être agencés notamment les arbres à cames 8 et les soupapes 7. De l'huile, sous forme de vapeur ou de gouttelettes, peut se trouver dans ce volume intérieur 16 afin de lubrifier différents éléments mobiles du moteur à combustion, notamment afin de lubrifier les arbres à cames et les soupapes.
La culasse et le couvercle de culasse peuvent être des pièces monobloc. Ils peuvent être constitués de métal. Ils peuvent être obtenus par usinage et/ou par fonderie. Le couvercle de culasse est fixé de manière étanche à la culasse, par exemple au moyen de vis de fixation. Comme visible sur les figures 3, 4 et 5 la culasse et le couvercle de culasse peuvent comprendre en outre des nervures de rigidification, des ouvertures destinées à accueillir par exemple des injecteurs et/ou des bougies.
Le système d'injection d'air à l'échappement 4 comprend un dispositif d'injection d'air 17 formé dans la culasse 6 et le couvercle de culasse 13. Il comprend également un filtre air 18, une pompe d'injection d'air 19, et une électrovanne 20. Le filtre à air 18 est relié en aval à la pompe d'injection d'air 19 par une première conduite externe 21. La pompe d'injection d'air 19 est reliée en aval à l'électrovanne 20 par une deuxième conduite externe 22.
Le filtre à air 18 est un organe apte à prélever de l'air frais en provenance de l'extérieur et à le filtrer. Notamment il peut filtrer des particules en suspension dans l'air pour empêcher qu'elles ne rentrent plus en avant dans le système d'injection d'air à l'échappement. Le filtre à air 18 peut également servir à filtrer l'air frais qui est apporté dans les cylindres via des conduites d'admission pour permettre la combustion du carburant.
La pompe d'injection d'air 19, ou plus simplement pompe à air 19, est une pompe apte à mettre l'air en provenance du filtre à air 18 sous pression. Elle peut être reliée électriquement à une source d'énergie électrique et à une unité de commande électronique. Son activation peut être contrôlée par des ordres de commande émis par l'unité de commande électronique. L'électrovanne 20 est un organe apte à contrôler le débit d'air la traversant. Elle peut comprendre un connecteur relié électriquement à unité de commande électronique. Des ordres de commande émis par l'unité de commande électronique permettent de contrôler le débit d'air traversant l'électrovanne. Elle est fixée au couvercle de culasse 13 par l'intermédiaire d'un support 23. Le support 23 est fixé, par exemple vissé, directement contre le couvercle de culasse et l'électrovanne est fixée, par exemple vissée directement contre le support 23. Le support 23 est fixée sur une interface de fixation 24 du couvercle de culasse bien visible sur la figure 4. L'électrovanne est ainsi fermement maintenue contre le moteur à combustion 3, sans porte-à-faux. Une telle fixation de l'électrovanne est particulièrement fiable et résistante aux vibrations. Le support 23 comprend une chambre de collecte d’air reliée en aval au dispositif d'injection d'air 17. Le support 23 peut aussi comprendre un canal relié en amont à la chambre de collecte d'air et en aval au dispositif d'injection d'air 17, notamment à une première conduite d'air 25 formée dans le couvercle de la culasse. En variante le support 23 et le couvercle de culasse pourrait former une seule et même pièce. Autrement dit, l'électrovanne pourrait être fixée directement contre le couvercle de culasse.
Le couvercle de culasse peut également comprendre un évidement de manière à économiser de la matière et à accroître le volume de la chambre de collecte. Cet évidement peut avantageusement être positionné, en dessous de l’électrovanne 20.
Nous allons à présent décrire plus en détail le dispositif d'injection d'air 17, c’est-à-dire une partie du système d'injection d'air à l'échappement 4 formé dans le corps du moteur à combustion. Le couvercle de culasse 13 comprend un corps dans lequel est formé la première conduite d'air 25. De même, la culasse comprend un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air 26 et la conduite d'échappement des gaz 9. La première conduite d'air 25 et le deuxième conduite d'air sont donc des évidements réalisés respectivement dans le corps du couvercle de culasse 13 et dans le corps de la culasse 6. La première conduite d'air 25 est reliée (c’est-à-dire raboutée) en aval à la deuxième conduite d'air 26. La deuxième conduite d'air 26 est reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz 9.
La première conduite d'air 25 comprend donc une entrée qui peut être agencée sur une face supérieure du couvercle de culasse et une sortie qui peut être agencée sur une face inférieure du couvercle de culasse, la face inférieure étant en contact avec la culasse 6. En parcourant la première conduite d'air de son entrée vers sa sortie, c’est-à-dire de l'amont vers l'aval, on constate qu'elle suit une trajectoire descente, voire localement horizontale.
De même, la deuxième conduite d'air 26 comprend une entrée agencée sur une face supérieure de la culasse et une sortie qui peut être agencée sur une face latérale de la culasse. En parcourant la deuxième conduite d'air de son entrée vers sa sortie, c’est-à-dire de l'amont vers l'aval, on constate qu'elle suit une trajectoire également descente, voire localement horizontale.
La première conduite d'air 25 est agencée au-dessus de la deuxième conduite d'air 26. La deuxième conduite d'air prolonge la première conduite d'air 25 et est agencée au-dessus de la conduite d'échappement des gaz 9. Ainsi, un liquide ou un condensât formé dans la première conduite d'air ne peut pas y stagner et est évacué par gravité vers la deuxième conduite d'air. De même, un liquide ou un condensât formé dans la deuxième conduite d'air ne peut pas y stagner et est évacué par gravité vers la conduite d'échappement des gaz 9. Autrement dit, ni la première conduite d'air 25 ni la deuxième conduite d'air 26 ne comprend un point bas formant un volume de rétention pour un liquide. L'orientation de la première conduite d'air et de la deuxième conduite d'air pourrait être rendue aussi verticale que possible pour favoriser l'écoulement par gravité de tout liquide ou condensât vers la conduite d'échappement.
En référence aux figures 1 ,2 et 5 l’ensemble formé par la culasse et le couvre-culasse comprend un premier dispositif d'étanchéité 31 et un deuxième dispositif d'étanchéité 32, tous les deux agencés entre la culasse et le couvercle de culasse le long du plan P1 . Le premier dispositif d'étanchéité est apte à empêcher des fuites de vapeur d'huile à l'extérieur de l'ensemble formé par la culasse et le couvercle de culasse. Le premier dispositif d'étanchéité peut être agencé autour du volume intérieur 16, dans lequel de l'huile de lubrification peut se trouver sous pression. Le deuxième dispositif d'étanchéité est apte à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement depuis la première conduite d'air ou depuis la deuxième conduite d'air du dispositif d’injection d’air. Il est agencé autour de l'interface formée entre la première conduite d'air et la deuxième conduite d'air. Il peut avoir une forme reproduisant sensiblement la forme d'une section de la première conduite d'air et de la deuxième conduite d'air, par exemple une forme globalement circulaire ou globalement rectangulaire.
Les deux dispositifs d'étanchéité sont donc soumis à des contraintes différentes. Le premier dispositif est conçu pour résister à un environnement chargé d'huile de lubrification, et le deuxième dispositif est conçu pour résister à de l'air sous pression en provenance de l'amont ou éventuellement à des gaz d'échappement à haute température qui remontraient épisodiquement vers l'amont depuis la conduite d'échappement des gaz 9. Avantageusement, le premier dispositif d'étanchéité 31 peut comprendre un joint d'étanchéité en résine. Le deuxième dispositif d'étanchéité peut comprend un joint en métal. Dans une variante de réalisation le dispositif d'injection d'air pourrait comprendre un unique dispositif d'étanchéité à la fois résistant à l'huile, à l'air sous pression et aux gaz d'échappement. Cet unique dispositif d'étanchéité pourrait par exemple être un joint en métal. Toutefois, un unique dispositif d'étanchéité serait plus complexe et plus coûteux à mettre en oeuvre que deux dispositifs d'étanchéité distincts et de nature différent.
En référence à la figure 4, le couvercle de carter comprend en outre un troisième dispositif d'étanchéité 33 agencé sur l'interface de fixation 24 pour le support 23 maintenant l'électrovanne 20. De manière analogue au deuxième dispositif d'étanchéité, le troisième dispositif d'étanchéité 33 est conçu pour résister à de l'air sous pression en provenance de l'amont ou éventuellement à des gaz d'échappement qui remontraient épisodiquement vers l'amont depuis la conduite d'échappement des gaz 9. Le troisième dispositif d'étanchéité peut comprend un joint en métal. Le système d'injection d'air à l'échappement ainsi constitué permet d'économiser une conduite d'air comparativement aux systèmes d'injection d'air à l'échappement connus de l'état de la technique. En effet avec le système selon l'invention, il n'y a pas besoin de prévoir une conduite entre l'électrovanne 20 et le couvercle de culasse. On gagne ainsi de la place dans le compartiment moteur dans lequel est positionné le moteur à combustion. De plus les canalisations formées par les conduites d'air 25 et 26 participent à l'allègement du moteur à combustion.
En référence à la figure 2, le moteur à combustion 3 peut être positionné à faible distance d'un capot 34 du véhicule. L'électrovanne peut être positionnée de sorte à être accessible directement sous le capot 34 du véhicule. Son entretien et/ou son éventuel remplacement est ainsi facilité.
Lorsque le moteur à combustion fonctionne, de l'air frais est aspiré depuis l'extérieur par la pompe d'injection d'air. L'air frais entre dans le système d'injection d'air à l'échappement 4 par le filtre à air 18, il traverse ensuite la première conduite externe 21 , puis la pompe d'injection d'air 19. L'air est mis sous pression par la pompe d'injection d'air 19, il traverse la deuxième conduite externe 22, puis parvient à l'électrovanne 20. En fonction de l'état de l'électrovanne contrôlé par l'unité de commande électronique, le débit d'air traversant l'électrovanne 20 peut être ajusté. Il traverse ensuite le support 23 puis arrive dans le dispositif d'injection d'air au niveau du couvercle de culasse 13. Grâce au troisième dispositif d'étanchéité 33, aucune fuite d'air ou de gaz d'échappement ne survient à l'interface entre le support 23 et le couvercle de culasse. L'air traverse ensuite la première conduite d'air 25 et parvient à la deuxième conduite d'air 26 intégrée à la culasse. Grâce au deuxième dispositif d'étanchéité 32, aucune fuite d'air ou de gaz d'échappement ne survient à l'interface entre la première conduite d'air et la deuxième conduite d'air. L'air arrive ensuite dans la chambre 27 depuis laquelle il est réparti dans les portions de conduite d'air 28. L'air est ensuite injecté dans les conduites d'échappement des gaz 9 au plus près des soupapes d'échappement 7. Le parcours de l'air depuis l'extérieur jusqu'aux conduites d'échappement des gaz offre une faible perte de charge et une bonne homogénéité de répartition dans les différentes conduites d'échappement des gaz 9. L'air ainsi mélangé au gaz d'échappement permet la combustion des résidus présents dans les gaz d'échappement. La température des gaz d'échappement peut ainsi augmenter rapidement, dès le démarrage du moteur à combustion. Les gaz d'échappement sont ensuite évacués hors du moteur à combustion 3 en passant par le collecteur d'échappement 10, la conduite d'échappement 11 et l'organe de dépollution 12. Les gaz d'échappement ayant atteint une température importante, l'organe de dépollution peut fonctionner de manière optimale. Les gaz d'échappement ainsi traités peuvent ensuite être évacués hors du véhicule. Lorsqu'un condensât se forme dans le système d'injection d'air à l'échappement, celui-ci est guidé par gravité vers la conduite d'échappement des gaz 9. Il ne peut donc pas stagner ou s'accumuler dans l'une dans conduites du système d'injection d'air à l'échappement. Parallèlement à ce fonctionnement, les différents organes mobiles au sein de la culasse 6 peuvent être lubrifiés avec de l'huile sous pression. L'huile sous pression ne s'échappe pas par l'interface entre le couvercle de culasse et la culasse grâce au premier dispositif d'étanchéité 31.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'injection d'air (4) à l'échappement pour un moteur à combustion (3), caractérisé en ce qu'il comprend : - un dispositif d'injection d'air (17), et
- une électrovanne (20), le dispositif d'injection d'air (17) comprenant une culasse (6) et un couvercle de culasse (13), le couvercle de culasse comprenant un corps dans lequel est formé une première conduite d'air (25), la culasse comprenant un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air (26) et une conduite d'échappement des gaz (9), la première conduite d'air (25) étant apte à être reliée en amont à une pompe d'injection d'air (19), la première conduite d'air (25) étant reliée en aval à la deuxième conduite d'air (26), la deuxième conduite d'air (26) étant reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz
(9), l'électrovanne (20) étant fixée contre le couvercle de culasse (13), l'électrovanne (20) étant reliée en aval à la première conduite d'air (25).
2. Système d'injection d'air (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième dispositif d'étanchéité (32) entre la culasse (6) et le couvercle de culasse (13), le deuxième dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement depuis la première conduite d'air ou depuis la deuxième conduite d'air.
3. Système d'injection d'air (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième dispositif d'étanchéité (32) comprend un joint en métal.
4. Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la culasse (6) comprend une pluralité de conduites d'échappement des gaz (9), et en ce que la deuxième conduite d'air (26) comprend une chambre (27) et une pluralité de portions de conduites d'air (28), chaque portion de conduite d'air (28) étant reliée en amont à ladite chambre (27), et chaque portion de conduite d'air étant reliée en aval respectivement à une des conduites d'échappement des gaz (9).
5. Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première conduite d'air (25) est agencée verticalement au-dessus de la deuxième conduite d'air (26), et en ce que la deuxième conduite d'air (26) prolonge la première conduite d'air (25), la deuxième conduite d'air (26) étant agencée verticalement au-dessus de la conduite d'échappement des gaz (9), de sorte qu'un condensât formé dans la première conduite d'air (25) ou dans la deuxième conduite d'air (26) ne puisse pas stagner dans la première conduite d'air ou dans la deuxième conduite d'air.
6. Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé que le couvercle de culasse (13) comprend une interface de fixation (24) pour l'électrovanne (20), l'interface de fixation (24) comprenant un troisième dispositif d'étanchéité (33), le troisième dispositif d'étanchéité étant destiné à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement.
7. Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un support (23) pour électrovanne, ledit support (23) étant fixé directement contre le couvercle de culasse (13), l'électrovanne (20) étant fixée directement contre ledit support (23), ledit support comprenant une chambre de collecte d’air reliée en aval à la première conduite d'air (25).
8. Système d'injection d'air (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce le couvercle de culasse comprend un évidement pour accroître le volume de la chambre de collecte d'air.
9. Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif d'étanchéité (31 ) entre la culasse (6) et le couvercle de culasse (13), le premier dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites de vapeur d'huile à l'extérieur d'un corps de culasse (6), le premier dispositif d'étanchéité (31) comprenant un joint d'étanchéité en résine.
10. Groupe motopropulseur (2) caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion (3), le moteur à combustion (3) comprenant un système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes.
11. Véhicule automobile (1 ), caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, et/ou un groupe motopropulseur (2) selon la revendication précédente.
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