FR2872862A1 - Dispositif de commande pour un circuit de recirculation de gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un dispositif de commande (20) pour un circuit de recirculation (10) des gaz d'échappement d'un moteur, comportant des moyens de répartition (M) pour le débit des gaz d'échappement et orienter tout ou une partie les gaz d'échappement à travers un échangeur thermique (22), caractérisé en ce que les moyens de répartition (M) comportent un boîtier de répartition (24) qui comporte trois chambres consécutives (C1, C2, C3) et un élément commandé de répartition (52, 56) formant clapet qui est destiné à mettre sélectivement en communication lesdites chambres (C1, C2, C3) et qui est monté mobile entre :- une première position extrême de fermeture dans laquelle il obture un premier orifice (O12) de communication des chambres (C1, C2) et une seconde position extrême de fermeture dans laquelle il obture un second orifice (023) de communication des chambres (C2, C3),- et au moins une position intermédiaire d'ouverture partielle ou totale du premier orifice (O12) et du second orifice (023).
Description
"Dispositif de commande pour un circuit de recirculation de
gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne" L'invention concerne un dispositif de commande pour un s circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de commande pour un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant des moyens de to répartition pour réguler le débit des gaz d'échappement et orienter tout ou au moins une partie des gaz d'échappement à travers un échangeur thermique en vue de leur refroidissement.
Le document FR-A-2.827.011 décrit une vanne de commande pour un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant un orifice d'entrée à raccorder au collecteur d'échappement du moteur à combustion interne, un premier orifice de sortie à raccorder à un échangeur de refroidissement lui-même en communication avec le collecteur d'admission du moteur à combustion interne et un deuxième orifice de sortie à raccorder au collecteur d'admission d'air du moteur à combustion interne, un premier opercule de vanne destiné à commander le passage depuis l'orifice d'entrée vers le premier orifice de sortie ou vers le deuxième orifice de sortie, et un deuxième opercule de vanne associé à un deuxième siège de vanne du deuxième orifice de sortie.
Grâce à une telle vanne de commande, il est donc possible d'ouvrir ou de fermer totalement les premier et deuxième orifices de sortie, ou encore d'ouvrir uniquement le premier orifice de sortie.
Cependant, il n'est pas possible d'établir uniquement une communication à travers le deuxième orifice de sortie correspondant au circuit non refroidi afin d'obtenir à faibles charges notamment une circulation des gaz par le circuit non refroidi.
De plus, une telle vanne de commande est coûteuse à fabriquer, notamment du fait qu'elle comporte deux opercules.
Dans le but de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un dispositif de commande pour un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant un échangeur thermique et un boîtier de répartition, caractérisé en ce que le boîtier présente trois chambres consécutives et un clapet commandé de mise en communication des chambres, mobile entre: io - une première position extrême de fermeture où il obture un premier orifice en communication entre une première et une deuxième chambre de manière à forcer les gaz à traverser l'échangeur, une position intermédiaire d'ouverture simultanée du premier orifice et d'un second orifice de communication ente la deuxième et la troisième chambre de manière à dévier une partie des gaz vers l'échangeur, et - une deuxième position extrême de fermeture où il obture le deuxième orifice de manière à empêcher la recirculation des 20 gaz.
Grâce à l'invention, il est possible de refroidir les gaz d'échappement recirculés pendant les phases de fonctionnement du moteur à fortes charges, mais de ne pas refroidir ces gaz d'échappement recirculés pendant les phases de fonctionnement du moteur à faibles charges, tout en permettant également une gestion du débit total des gaz recirculés, et notamment d'annuler ce débit, sans devoir prévoir deux vannes de commande ainsi que les circuits pneumatiques et électriques associés.
Avantageusement, dans un tel dispositif de commande il est possible d'ouvrir ou de fermer sélectivement l'un et/ou l'autre des circuits refroidi et non refroidi. En effet, lorsque l'élément de répartition est en position intermédiaire d'ouverture, les gaz d'échappement recirculés dont la densité est d'autant plus faible qu'ils n'ont pas été refroidis s'orientent majoritairement en direction du premier orifice de communication et non vers le premier orifice de sortie.
Le dispositif de commande selon l'invention est plus simple et de coût de fabrication moindre que ceux de l'état de la technique, ce résultat étant notamment atteint grâce au fait qu'il ne comporte qu'un composant unique (l'élément mobile de fermeture du clapet) pour assurer la fonction de régulation du débit et la fonction d'orientation sélective des gaz d'échappement vers le circuit refroidi ou le circuit non refroidi.
io Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la première chambre comporte un premier orifice d'entrée (El) raccordé au collecteur d'échappement du moteur et un premier orifice de sortie raccordé à une entrée de l'échangeur de refroidissement, - la deuxième chambre comporte un deuxième orifice d'entrée raccordé à une sortie de l'échangeur de refroidissement et qui est séparée de la première chambre par une première cloison interne comportant un premier orifice de communication de la première chambre avec la deuxième chambre, - la troisième chambre comporte un deuxième orifice de sortie raccordé au collecteur d'admission du moteur et qui est séparée de la deuxième chambre par une seconde cloison interne comportant un second orifice de communication de la deuxième chambre avec la troisième chambre, - l'élément commandé de répartition est rappelé élastiquement vers la seconde position extrême de fermeture du premier orifice de communication, - l'élément commandé de répartition formant clapet comporte un élément mobile de clapet qui est monté mobile à l'intérieur de la deuxième chambre de manière à coopérer par l'une de ses deux faces opposées respectivement: É avec un premier siège que délimite le premier orifice de communication lorsque l'élément commandé de répartition est dans la première position extrême de fermeture, É et avec un second siège que délimite le deuxième orifice de communication lorsque l'élément commandé de répartition est dans la seconde position extrême de fermeture, - l'élément mobile de clapet s'étend globalement radialement et est solidaire d'une tige de commande mobile selon sa direction axiale X-X et qui est reliée à un actionneur.
io D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de commande selon l'invention illustrant un boîtier de répartition et un élément commandé de répartition formant clapet représenté dans sa première position extrême de fermeture - la figure 2 est une représentation analogue à la figure 1 dans laquelle l'élément commandé de répartition formant clapet est représenté dans sa seconde position extrême de fermeture; - la figure 3 est une représentation analogue à la figure 1 dans laquelle l'élément commandé de répartition formant clapet est représenté dans sa position intermédiaire d'ouverture; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de commande conforme aux enseignements de l'invention qui illustre un exemple de réalisation.
Dans la description et les revendications, on utilisera à titre non limitatif les expressions telles que supérieur et inférieur et les orientations axiale et radiale en référence aux figures et définitions données dans la description.
De plus, les éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence.
Dans le schéma de la figure 1, la référence 10 désigne dans son ensemble un circuit de recirculation pour un moteur à combustion interne (non représenté) qui est aussi appelé circuit EGR pour Exhaust Gas Recirculation .
L'air nécessaire à la combustion est fourni par une tubulure d'admission (non représentée) qui se termine par un collecteur s d'admission 12, celui-ci comportant les ramifications 14 nécessaires pour conduire l'air jusqu'aux cylindres individuels (non représentés) du moteur.
De la même manière, les gaz brûlés qui s'échappent des cylindres empruntent des ramifications 16 qui débouchent dans un collecteur d'échappement 18, puis sont guidés vers l'extérieur par une tubulure d'échappement (non représentée).
Le circuit de recirculation 10 comporte un dispositif de commande 20 comportant des moyens de répartition M pour réguler le débit des gaz d'échappement et orienter tout ou au moins une partie les gaz d'échappement à travers un échangeur thermique 22.
Conformément à l'invention, les moyens de répartition M comportent un boîtier de répartition 24 qui comporte trois chambres consécutives, respectivement une première chambre Cl, une deuxième chambre C2 et une troisième chambre C3 qui sont agencées à l'intérieur du boîtier 24 et qui sont ici alignées selon l'axe X-X de la figure.
Le boîtier de répartition 24 est ici par simplification représenté schématiquement et il comporte ainsi un corps parallélépipédique 26 délimitant un volume intérieur fermé 28.
En section et comme on peut le voir sur la figure 1, le corps 26 comporte deux parois verticales transversales respectivement supérieure 30 et inférieure 32, et deux parois verticales latérales respectivement gauche 34 et droite 36.
La première chambre Cl comporte un premier orifice d'entrée El et un premier orifice de sortie SI. Le premier orifice d'entrée El est raccordé au collecteur d'échappement 18 du moteur par un conduit d'entrée 38 et le premier orifice de sortie SI est raccordé à une entrée 40 de l'échangeur thermique 22 de refroidissement par un tronçon d'entrée 42 d'un conduit de recirculation annexe 44.
Le conduit de recirculation annexe 44 est encore appelé conduit de recirculation de refroidissement en raison du fait 5 qu'il traverse l'échangeur de refroidissement 22.
La deuxième chambre C2 comporte un deuxième orifice d'entrée E2 qui est raccordé, par un tronçon de sortie 46 du conduit de recirculation annexe 44, à une sortie 48 de l'échangeur thermique 22.
io La deuxième chambre C2 est séparée de la première chambre Cl par une première cloison interne CL12 qui s'étend horizontalement entre les parois verticales latérales gauche 34 et droite 36 et qui comporte un premier orifice 012 de communication de la première chambre Cl avec la deuxième chambre C2.
La troisième chambre C3 comporte un deuxième orifice de sortie S2 raccordé au collecteur d'admission 12 du moteur par un conduit de sortie 50.
La troisième chambre C3 est séparée de la deuxième chambre C2 par une seconde cloison interne CL23 qui s'étend horizontalement entre les parois verticales latérales gauche 34 et droite 36 et qui comporte un second orifice 023 de communication de la deuxième chambre C2 avec la troisième chambre C3.
Les moyens de répartition 20 comportent un élément commandé de répartition 52 formant clapet qui est destiné à mettre sélectivement en communication les première, deuxième et troisième chambres Cl, C2, C3.
L'élément commandé de répartition 52 formant clapet est monté mobile entre une première et une deuxième position extrême de fermeture des orifices 012 et 023 de communication des chambres Cl, C2, C3 et au moins une position intermédiaire d'ouverture.
L'élément commandé de répartition 52 formant clapet est rappelé élastiquement, ici par un ressort 54, vers ladite deuxième position extrême de fermeture du second orifice 023 de communication.
L'élément commandé de fermeture 52 comporte un élément mobile de clapet 56 qui est monté mobile à l'intérieur de la deuxième chambre C2 de manière à coopérer par l'une de ses deux faces opposées respectivement sa face supérieure 58 ou sa face inférieure 60 avec des sièges complémentaires.
io L'élément mobile de clapet 56 s'étend ici globalement radialement et il est solidaire d'une tige de commande 62 qui est mobile selon sa direction axiale X-X et qui est reliée à un actionneur 64. Avantageusement, l'actionneur 64 est piloté par une unité de commande électronique (ECU) portant la référence 66.
L'actionneur 64 porte ainsi la tige de commande 62 qui définit un axe X-X et qui traverse le corps 26 du boîtier de répartition 24 de manière à y être guidé en déplacement suivant l'axe X-X.
L'actionneur 64 et la tige de commande 62 permettent de déplacer l'élément mobile de clapet 56 de l'élément commandé de répartition 52 entre ses différentes positions illustrées aux figures 1 à 3 et qui vont être décrites en détail ci-après.
Sur les figures 1 à 3, on a symbolisé par des flèches l'écoulement des gaz d'échappement dans le circuit de recirculation 10 et plus particulièrement à travers le boîtier de répartition 24.
Dans la première position extrême de fermeture illustrée à la figure 1, l'élément commandé de répartition 52 formant clapet obture le premier orifice 012 de manière à dévier l'ensemble des gaz d'échappement pénétrant dans le boîtier 24 vers le premier orifice de sortie SI de la première chambre Cl pour forcer ces gaz à traverser l'échangeur 22.
Cette première position extrême de fermeture correspond notamment au cas d'un moteur fonctionnant à fortes charges dans lequel la densité des gaz d'échappement doit être augmentée pour favoriser la dépollution du moteur, ce qui est obtenu en s fermant le premier orifice 012 de communication de la première chambre Cl avec la deuxième chambre C2 et en forçant tout le débit des gaz d'échappement à travers l'échangeur 22 qui en les refroidissant en augmente la densité.
Dans cette première position extrême de fermeture de io l'élément commandé de répartition 52, la face supérieure 58 de l'élément mobile de clapet 56 coopère avec un premier siège Al2 que délimite le premier orifice 012 de communication.
La figure 2 illustre la seconde position extrême de fermeture de l'élément commandé de répartition 52 vers laquelle il est rappelé élastiquement par le ressort 54 et qui correspond à la fermeture complète du circuit de recirculation 10.
En effet, dans cette seconde position extrême de fermeture, l'élément mobile de clapet 56 de l'élément commandé de répartition 52 obture le second orifice 023 empêchant ainsi la recirculation des gaz d'échappement entre la première entrée El et la deuxième sortie S2 raccordée au collecteur d'admission 12.
Plus précisément, l'élément mobile de clapet 56 coopère par sa face inférieure 60 avec un second siège A23 que délimite le deuxième orifice 023 de communication de la deuxième chambre C2 avec la troisième chambre C3.
L'élément mobile de clapet 56 de l'élément commandé de répartition 52 est susceptible d'être déplacé entre ces deux positions extrêmes de fermeture suivant un course axiale selon l'axe X-X de manière à occuper au moins une position intermédiaire d'ouverture simultanée, partielle ou totale, du premier orifice 012 et du second orifice 023.
Dans cette position intermédiaire d'ouverture illustrée à la figure 3, la circulation des gaz d'échappement qui pénètrent dans la première chambre Cl par l'orifice d'entrée El s'effectue avec un débit donné d'une part directement sans refroidissement vers le deuxième orifice de sortie S2 de la troisième chambre C3 et, d'autre part, indirectement avec refroidissement par le premier orifice de sortie SI à travers l'échangeur thermique 22 en vue du refroidissement des gaz d'échappement.
L'échangeur 22 provoque une perte de charge plus ou moins importante des gaz en recirculation, de sorte que il n'est établi qu'un faible écoulement de gaz d'échappement en recirculation à travers l'échangeur 22 dans lequel la température io des gaz est abaissée.
Ainsi, à partir de cette position intermédiaire, l'élément commandé de répartition 52 est susceptible d'être déplacé par l'actionneur 64 piloté par l'unité centrale 66 soit axialement vers le haut en direction de sa première position extrême illustrée à la figure 1 lorsque le moteur fonctionne à forte charge, soit axialement vers le bas en direction de sa deuxième position extrême illustrée à la figure 2 lorsque le moteur fonctionne à faible charge.
Ainsi qu'on l'aura compris, à partir de la deuxième position extrême de fermeture de l'élément commandé de répartition 52, le déplacement axialement vers le haut l'élément mobile de clapet 56 par l'actionneur 64 à l'encontre de l'effort de rappel du ressort 54 provoque l'ouverture de l'orifice 023 et donc l'ouverture du circuit de recirculation 10 du moteur.
Dans la position intermédiaire d'ouverture, la perte de charge importante induite par l'échangeur 22 combinée avec la quasi-absence de perte de charge dans le passage par l'orifice 012 de communication ont pour résultat que la majeure partie des gaz recirculés empruntent ce passage et non celui traversant l'échangeur 22.
On obtient alors à la fois une augmentation importante du débit total, et une absence de refroidissement de ces gaz recirculés, comme désiré dans ces phases de fonctionnement du moteur à faible charge. i0
Par conséquent, la position de l'élément mobile de clapet 56 de l'élément commandé de répartition 52 permet de réguler le débit des gaz d'échappement et de dévier tout ou partie de ces gaz d'échappement à travers un échangeur thermique 22 en fonction de la densité des gaz d'échappement recirculés désirée pour des paramètres de fonctionnement déterminés.
La figure 4 représente un exemple de réalisation industrielle d'un dispositif de commande 20 pour un circuit de recirculation EGR 10 conforme aux enseignements de io l'invention.
L'échangeur thermique 22 est avantageusement un échangeur de chaleur de type Air-Eau traversé par le liquide de refroidissement du moteur avec le circuit de refroidissement (non représenté) duquel il est raccordé par une entrée 68 et une sortie 70.
Bien entendu, l'actionneur 64 pourra être du type électrique, électromagnétique ou pneumatique, et de façon générale de tout type connu en matière d'actionneurs pour l'industrie automobile.
Le boîtier de répartition 24 est avantageusement réalisé en deux pièces moulées.
Bien entendu, le ressort 54 ou des moyens de rappel équivalents peuvent être intégrés dans l'actionneur 64.
En variante, les moyens de rappel 54 peuvent aussi être 25 supprimés en faisant appel à des actionneurs tels que des vérins à double effet.
Claims (7)
1. Dispositif de commande (20) pour un circuit de recirculation (10) des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant un échangeur thermique (22) et un boîtier de répartition (24), caractérisé en ce que le boîtier (24) présente trois chambres consécutives (Cl, C2, C3) et un clapet commandé (52, 56) de mise en communication des chambres (Cl, C2, C3), mobile entre: io - une première position extrême de fermeture où il obture un premier orifice (012) en communication entre une première et une deuxième chambre (Cl, C2) de manière à forcer les gaz à traverser l'échangeur (22), - une position intermédiaire d'ouverture simultanée du premier orifice (012) et d'un second orifice (023) de communication ente la deuxième et la troisième chambre (C2, C3) de manière à dévier une partie des gaz vers l'échangeur (22), et - une deuxième position extrême de fermeture où il obture le deuxième orifice (023) de manière à empêcher la recirculation des gaz.
2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première chambre (Cl) comporte un premier orifice d'entrée (El) raccordé au collecteur d'échappement (18) du moteur et un premier orifice de sortie (SI) raccordé à une entrée (40) de l'échangeur de refroidissement (22).
3. Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième chambre (C2) comporte un deuxième orifice d'entrée (E2) raccordé à une sortie (48) de l'échangeur de refroidissement (22) et qui est séparée de la première chambre (Cl) par une première cloison interne (CL12) comportant un premier orifice (012) de communication de la première chambre (Cl) avec la deuxième chambre (C2).
4. Dispositif de commande selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la troisième chambre (C3) comporte un deuxième orifice de sortie (S2) raccordé au collecteur d'admission (12) du moteur et qui est séparée de la deuxième chambre (C2) par une seconde cloison interne (CL23) comportant un second orifice (023) de communication de la deuxième chambre (C2) avec la troisième chambre (C3).
5. Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément commandé de répartition (52) 10 est rappelé élastiquement vers la seconde position extrême de fermeture du premier orifice (023) de communication.
6. Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément commandé de répartition (52) formant clapet comporte un élément mobile de clapet (56) qui est monté mobile à l'intérieur de la deuxième chambre (C2) de manière à coopérer par l'une de ses deux faces opposées (58, 60) respectivement: - avec un premier siège (Al2) que délimite le premier orifice (012) de communication lorsque l'élément commandé de répartition (52) est dans la première position extrême de fermeture, - et avec un second siège (A23) que délimite le deuxième orifice (023) de communication lorsque l'élément commandé de répartition (52) est dans la seconde position extrême de fermeture.
7. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément mobile de clapet (56) s'étend globalement radialement et est solidaire d'une tige de commande (54) mobile selon sa direction axiale XX et qui est reliée à un actionneur (64).
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