FR2727158A1

FR2727158A1 - Control valve for selective recycling of IC engine exhaust gas

Info

Publication number: FR2727158A1
Application number: FR9413759A
Authority: FR
Inventors: Laurent Coste
Original assignee: Sagem Allumage SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1996-05-24
Anticipated expiration: 2014-11-17
Also published as: FR2727158B1

Abstract

A conduit body (1) includes a first portion (2) connected to an inlet circuit of the engine, and a second portion (3) connectable to its exhaust manifold. The conduit is blocked by a sleeve (5) whose interior defines a cylinder (6), and which includes openings (7,8) in communication with the first and second conduit portions.A piston (9) is located within the cylinder, with a control mechanism (10) which regulates its position to adjust the size of the fluid flow passage through the cylinder between the first and second parts of the conduit. The control mechanism includes a membrane (13) responsive to pressure in the inlet circuit, which is attached to a shaft (12) of the piston.

Description

VANNE DE CONTROLE
DE LA QUANTITE DE GAZ D'ECHAPPEMENT RECYCLEE
DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne une vanne de contrôle de la quantité de gaz d'échappement recyclée dans un moteur à combustion inteme.CONTROL VALVE
OF THE QUANTITY OF RECYCLED EXHAUST GAS
IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
The present invention relates to a valve for controlling the quantity of exhaust gas recycled in an internal combustion engine.

On connait déjà des systèmes de recirculation des gaz d'échappement (EGR) destinés, dans les moteurs à combustion inteme, à recycler une partie des gaz d'échappement à l'admission dans les cylindres. There are already known exhaust gas recirculation systems (EGR) intended, in internal combustion engines, to recycle part of the exhaust gases at the intake into the cylinders.

Un tel recyclage de gaz, généralement inertes, et ne participant donc pas à la combustion, permet d'abaisser la température de combustion, ce qui a pour effet de diminuer le taux des oxydes d'azote (NOx) présents dans des gaz d'échappement, et par conséquent de iimiter la pollution occasionnée par un tel moteur.Such recycling of gases, generally inert, and therefore not participating in combustion, makes it possible to lower the combustion temperature, which has the effect of reducing the rate of nitrogen oxides (NOx) present in exhaust, and therefore to limit the pollution caused by such an engine.

Toutefois, pour que le moteur fonctionne de manière satisfaisante, une telle recirculation ne doit intervenir que dans des conditions de fonctionnement normales du moteur et par conséquent être interrompue dans toutes les circonstances non nominales, à savoir, pour l'essentiel, à froid, sous forte charge, au ralenti et à grande vitesse. Dans ces demiers cas, aucune recirculation n'est permise alors que, en fonctionnement normal, la recirculation de jusqu'à 25 % en poids des gaz admis est permise. However, for the engine to function satisfactorily, such recirculation must occur only under normal engine operating conditions and therefore be interrupted in all non-nominal circumstances, namely, essentially cold, under heavy load, idling and high speed. In these latter cases, no recirculation is permitted while, in normal operation, recirculation of up to 25% by weight of the admitted gases is permitted.

Une régulation est donc nécessaire.Regulation is therefore necessary.

Jusqu'à présent, cette régulation était obtenue en disposant dans le circuit de recircuiation une vanne à pointeau dans laquelle la position de ce dernier était commandée par une membrane soumise à une dépression plus ou moins importante. La source de dépression résidait dans la tubulure d'admission, une vanne à solénoïde étant disposée entre cette tubulure et la vanne à pointeau et membrane. Le solénoïde lui-même était alimenté en courant alternatif, dont le rapport cyclique était déterminé par un calculateur auquel était fournies en entrée, la température du liquide de refroidissement, la charge et la vitesse de rotation du moteur. Until now, this regulation has been obtained by having a needle valve in the recirculation circuit in which the position of the latter was controlled by a membrane subjected to a more or less significant vacuum. The source of vacuum resided in the intake manifold, a solenoid valve being disposed between this manifold and the needle and diaphragm valve. The solenoid itself was supplied with alternating current, the duty cycle of which was determined by a computer to which the temperature of the coolant, the load and the speed of rotation of the engine were supplied as an input.

Ces systèmes connus à vanne à pointeau présentaient un certain nombre d'inconvénients dus en grande partie à la non-linéarité de la variation du débit de la vanne en fonction de son ouverture. En effet, une vanne à pointeau présente comme caractéristique le fait de permettre des le début de son ouverture un débit relativement important. These known needle valve systems had a number of drawbacks due in large part to the non-linearity of the variation in the flow rate of the valve as a function of its opening. Indeed, a needle valve has the characteristic of allowing the start of its opening a relatively large flow.

II en résulte en premier lieu qu'un tel système est peu progressif en ce que, des qu'un faible taux de recirculation pourrait être autorisé, ce taux est en fait immédiatement relativement important. Firstly, it follows that such a system is not very progressive in that, as soon as a low rate of recirculation could be authorized, this rate is in fact immediately relatively high.

Du fait de ce caractère peu progressif, critique aux faibles débits, la vanne à pointeau devrait par ailleurs posséder un faible diamètre de passage. Or un tel faible diamètre est incompatible avec les forts débits souhaités dans les conditions normales. Due to this not very progressive character, critical at low flow rates, the needle valve should also have a small passage diameter. However, such a small diameter is incompatible with the high flow rates desired under normal conditions.

En outre, ces systèmes sont relativement peu précis, surtout aux faibles débits. En effet, du fait de ce qui précède, une très faible variation de l'ouverture peut conduire à des variations considérables dans le taux de recirculation. In addition, these systems are relatively imprecise, especially at low flow rates. In fact, because of the above, a very small variation in the opening can lead to considerable variations in the recirculation rate.

Par ailleurs, les vannes à pointeau présentent l'inconvénient de ne pas être autonettoyantes, et par conséquent de s'encrasser très rapidement. Furthermore, needle valves have the disadvantage of not being self-cleaning, and therefore of clogging very quickly.

Là encore, il en résulte des variations de débit incontrôlées.Again, this results in uncontrolled flow variations.

Enfin, le pointeau était soumis à la contre-pression régnant dans le collecteur d'échappement. Du fait de l'importance de cette contrepression, il était nécessaire de charger la membrane par un ressort puissant. La membrane devait donc être de grand diamètre, ce qui posait des problèmes d'encombrement. Finally, the needle was subjected to the back pressure prevailing in the exhaust manifold. Due to the importance of this back pressure, it was necessary to load the membrane with a strong spring. The membrane therefore had to be of large diameter, which posed problems of space.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients. The present invention aims to overcome these drawbacks.

A cet effet, I'invention a pour objet une vanne de contrôle de la quantité de gaz d'échappement recyclée dans un moteur à combustion interne, comprenant un corps formant un conduit dont une première partie est susceptible d'être raccordée à la tubulure d'admission du moteur et dont une deuxième partie est susceptible d'être raccordée à son collecteur d'échappement, caractérisée par le fait que ledit conduit est barré par une chemise délimitant un intérieur de cylindre, ladite chemise possédant une ouverture du côté de ladite première partie et une ouverture du côté de ladite deuxième partie, aptes à mettre en communication ledit intérieur de cylindre avec respectivement lesdites première et deuxième parties de conduit, un piston étant disposé dans ledit cylindre, et des moyens de commande étant prévus pour régler la position dudit piston dans ledit cylindre de manière à déterminer la section de passage de fluide entre lesdites première et deuxième parties de conduit. To this end, the invention relates to a valve for controlling the quantity of exhaust gas recycled in an internal combustion engine, comprising a body forming a conduit, a first part of which is capable of being connected to the manifold d intake of the engine and a second part of which is capable of being connected to its exhaust manifold, characterized in that said duct is blocked by a jacket delimiting a cylinder interior, said jacket having an opening on the side of said first part and an opening on the side of said second part, able to put said cylinder interior in communication with said first and second conduit parts respectively, a piston being arranged in said cylinder, and control means being provided for adjusting the position of said piston in said cylinder so as to determine the cross-section of fluid passage between said first and second th pipe parts.

La vanne selon l'invention élimine par conséquent les difficultés liées aux vannes à pointeau de l'art antérieur. Plus particulièrement, on comprend que la contresression à l'échappement s 'exerce ici sur la surface latérale du piston et qu'elle est donc sans effet sur le positionnement de celuisi, quelle que soit le diamètre de la membrane. The valve according to the invention therefore eliminates the difficulties associated with needle valves of the prior art. More particularly, it is understood that the counter-pressure in the exhaust is exerted here on the lateral surface of the piston and that it therefore has no effect on the positioning of this, whatever the diameter of the membrane.

Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de commande sont agencés pour régler la position du piston en fonction de la dépression dans ladite tubulure d'admission. In a particular embodiment, said control means are arranged to adjust the position of the piston as a function of the vacuum in said intake manifold.

Lesdits moyens de commande peuvent notamment comprendre une capsule à dépression comportant une membrane solidaire de la tige dudit piston, ladite membrane pouvant en particulier être soumise à la dépression régnant dans ladite tubulure d'admission
On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de i'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe axiale, selon la ligne l-l de la figure 2, d'une vanne selon l'invention; et
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne ll-ll de la figure 1.Said control means may in particular comprise a vacuum capsule comprising a membrane integral with the rod of said piston, said membrane being able in particular to be subjected to the vacuum prevailing in said intake manifold.
A particular embodiment of the invention will now be described, by way of nonlimiting example, with reference to the appended schematic drawings in which:
- Figure 1 is an axial sectional view, along the line ll of Figure 2, of a valve according to the invention; and
- Figure 2 is a sectional view along the line II-II of Figure 1.

La vanne représentée aux dessins comprend un corps tubulaire 1 délimitant un conduit dont la partie amont 2 peut être reliée au collecteur d'échappement du moteur sur lequel est montée la vanne, et dont la partie aval 3 peut être reliée à sa tubulure d'admission. Ainsi, cette vanne contrôle la quantité de gaz d'échappement recyclée à l'admission en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur. The valve shown in the drawings comprises a tubular body 1 delimiting a conduit whose upstream part 2 can be connected to the exhaust manifold of the engine on which the valve is mounted, and whose downstream part 3 can be connected to its intake manifold . Thus, this valve controls the quantity of exhaust gas recycled at the intake as a function of the engine operating parameters.

Un puits 4 est formé dans le corps de vanne 1 perpendiculairement à l'axe du conduit 2-3, son diamètre étant légèrement supérieur à celui de conduit. Une chemise 5 est disposée dans le puits 4 de manière à délimiter un intérieur de cylindre 6. Deux découpes 7 et 8 diamétralement opposées dans la chemise 5 forment des ouvertures qui font correspondre l'intérieur 6 du cylindre avec respectivement les parties amont 2 et aval 3 du corps de vanne. A well 4 is formed in the valve body 1 perpendicular to the axis of the conduit 2-3, its diameter being slightly greater than that of the conduit. A jacket 5 is arranged in the well 4 so as to delimit an interior of cylinder 6. Two cutouts 7 and 8 diametrically opposed in the jacket 5 form openings which correspond the interior 6 of the cylinder with respectively the upstream 2 and downstream parts 3 of the valve body.

Un piston 9 est disposé dans la chemise 5, sa dimension axiale étant supérieure à la hauteur des orifices 7 et 8 de manière que, en position basse, le piston 9 obture ces orifices. En position haute du piston 9, les orifices 7 et 8 sont totalement dégagés, de sorte que la position du piston règle la quantité de gaz susceptible de traverser la vanne pour une pression différentielle donnée. A piston 9 is placed in the jacket 5, its axial dimension being greater than the height of the orifices 7 and 8 so that, in the low position, the piston 9 closes these orifices. In the high position of the piston 9, the orifices 7 and 8 are completely free, so that the position of the piston regulates the quantity of gas capable of passing through the valve for a given differential pressure.

La position du piston 9 est déterminée par une capsule à dépression 10. Cette capsule est sertie à la partie supérieure du puits 4, laquelle reçoit en outre un palier glissant 11 pour la tige 12 du piston 9. L'extrémité de cette tige est solidaire de la membrane 13 de la capsule 12. The position of the piston 9 is determined by a vacuum capsule 10. This capsule is crimped to the upper part of the well 4, which also receives a sliding bearing 11 for the rod 12 of the piston 9. The end of this rod is integral of the membrane 13 of the capsule 12.

La membrane 13 délimite avec une paroi 14 de la capsule 10, une chambre à dépression 15 mise en communication par l'intermédiaire d'un conduit 16 avec la source de dépression constituée par la tubulure d'admission du moteur. Enfin, un ressort taré 17 contraint la membrane 13 en sens opposé à la dépression dans la chambre 15. The membrane 13 delimits with a wall 14 of the capsule 10, a vacuum chamber 15 placed in communication via a conduit 16 with the source of vacuum formed by the intake manifold of the engine. Finally, a calibrated spring 17 constrains the membrane 13 in the opposite direction to the vacuum in the chamber 15.

La contre-pression à l'échappement et la dépression d'admission s'exerçant, par l'intermédiaire des orifices 7 et 8, sur les surfaces latérales du piston 9, sont donc sans effet sur la commande de la position de ce piston et, notamment, sur la dépression de commande d'ouverture de la vanne. The exhaust back pressure and the intake vacuum acting, via the orifices 7 and 8, on the lateral surfaces of the piston 9, therefore have no effect on the control of the position of this piston and , in particular, on the valve opening control depression.

Claims

1- Control valve for the quantity of exhaust gas recycled in an internal combustion engine, comprising a body (1) forming a conduit, a first part (2) of which is capable of being connected to the intake manifold of the engine and a second part (3) of which is capable of being connected to its exhaust manifold, characterized in that said duct is blocked by a jacket (5) delimiting a cylinder interior (6), said jacket having a opening (7) on the side of said first part and an opening (8) on the side of said second part, capable of placing said cylinder interior in communication with said first and second conduit parts respectively, a piston (9) being arranged in said cylinder, and control means (10) being provided for adjusting the position of said piston in said cylinder so as to determine a cross-section of fluid passage between said first and second p ducts.

2- A valve according to claim 1, wherein said control means are arranged to adjust the position of the piston according to the vacuum in said intake manifold.

3- A valve according to any one of claims 1 and 2, wherein said control means comprise a vacuum capsule comprising a membrane (13) integral with the rod (12) of said piston.

4- The valve of claim 1, wherein said membrane is subjected to the vacuum prevailing in said intake manifold