FR2873759A1 - Recycled exhaust gas supplying arrangement for turbocharged thermal engine, has withdrawal conduit connected to intermediate conduit in upstream of volute, for permitting to supply engine with recycled exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
"Agencement pour l'alimentation en gaz d'échappement recyclés d'un moteur"Arrangement for the supply of recycled exhaust gases from an engine
thermique turbocompressé" L'invention concerne un agencement pour l'alimentation en The invention relates to an arrangement for the supply of
gaz d'échappement recyclés d'un moteur thermique turbo- compressé d'un véhicule automobile. recycled exhaust gas from a turbo-compressed engine of a motor vehicle.
L'invention concerne plus particulièrement un agencement pour l'alimentation en gaz d'échappement recyclés d'un moteur thermique turbocompressé d'un véhicule automobile, du type qui comporte au moins un collecteur d'échappement relié au moteur io et une turbine d'un turbocompresseur reliée audit collecteur d'échappement, du type dans lequel un carter de la turbine du turbocompresseur comporte, d'amont en aval, une première semelle tubulaire pour son raccordement au collecteur d'échappement, un conduit intermédiaire, et une volute dans laquelle est montée tournante un rotor d'entraînement d'un compresseur du turbocompresseur, et du type qui comporte un conduit de prélèvement qui communique avec le carter de la turbine du turbocompresseur et dont une seconde semelle tubulaire est raccordée à un conduit d'alimentation en gaz d'échappement recyclés du moteur. The invention relates more particularly to an arrangement for the supply of recycled exhaust gas from a turbocharged heat engine of a motor vehicle, of the type which comprises at least one exhaust manifold connected to the engine and a turbine of a turbocharger connected to said exhaust manifold, of the type in which a casing of the turbine of the turbocharger comprises, from upstream to downstream, a first tubular base for its connection to the exhaust manifold, an intermediate duct, and a volute in which is rotatably mounted a driving rotor of a compressor of the turbocharger, and of the type which comprises a sampling conduit which communicates with the turbine housing of the turbocharger and a second tubular sole is connected to a gas supply duct recycled exhaust from the engine.
On connaît de nombreux exemples d'agencement de ce type. Numerous examples of such arrangements are known.
Dans le cas particulier d'un moteur dit en "Vé" équipé d'un seul turbocompresseur commun aux deux bancs de cylindres, le prélèvement des gaz d'échappement est conventionnellement réalisé au niveau d'un élément de jonction et de mélange tubulaire, présentant sensiblement la forme d'un "Y", qui collecte les gaz d'échappement issus de chacun des bancs de cylindres, et qui forme un support pour la première semelle du turbocompresseur. In the particular case of an engine called "Ve" equipped with a single turbocharger common to the two banks of cylinders, the exhaust gas sampling is conventionally performed at a junction element and tubular mixture, having substantially the shape of a "Y", which collects the exhaust gases from each of the cylinder banks, and which forms a support for the first sole of the turbocharger.
Cet élément de jonction et de mélange tubulaire comporte donc quatre conduits, c'est à dire deux conduits qui sont reliés aux collecteurs d'échappement, le conduit de prélèvement, et un conduit qui est relié à première semelle du turbocompresseur. This joining and tubular mixing element therefore comprises four ducts, that is to say two ducts that are connected to the exhaust manifolds, the sampling duct, and a duct that is connected to the first sole of the turbocharger.
Cet agencement présente l'inconvénient, du fait de la présence de quatre conduits, de fragiliser considérablement l'élément de jonction et de mélange tubulaire qui est par ailleurs soumis aux vibrations transmises par les collecteurs d'échappement et par le turbocompresseur. This arrangement has the disadvantage, due to the presence of four ducts, considerably weaken the connecting element and tubular mixture which is also subject to vibration transmitted by the exhaust manifolds and the turbocharger.
Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé dans le document WO01/65104 d'agencer le conduit de prélèvement au niveau de la turbine du turbocompresseur, et plus précisément sur la volute dudit turbocompresseur. To overcome this drawback, it has been proposed in WO01 / 65104 to arrange the sampling duct at the turbine of the turbocharger, and more precisely on the volute of said turbocharger.
io Cet agencement permet de remédier aux problèmes de fragilisation de l'élément de jonction et de mélange tubulaire. This arrangement makes it possible to remedy the problems of embrittlement of the joining and tubular mixing element.
En revanche, le prélèvement des gaz est réalisé dans une zone du turbocompresseur dans laquelle les gaz sont d'une part soumis à de fortes turbulences, et d'autre part dans laquelle lesdits gaz ne sont pas soumis à une pression maximum, puisqu'une partie de leur énergie cinétique a déjà été en partie dissipée pour assurer l'entraînement de la turbine du turbocompresseur. On the other hand, the sampling of the gases is carried out in an area of the turbocompressor in which the gases are on the one hand subjected to strong turbulence, and on the other hand in which said gases are not subjected to a maximum pressure, since some of their kinetic energy has already been partially dissipated to drive the turbocharger turbine.
Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un agencement du type décrit précédemment, dans lequel le prélèvement des gaz d'échappement est réalisé en amont de la volute du turbocompresseur. To overcome this drawback, the invention provides an arrangement of the type described above, wherein the exhaust gas sampling is performed upstream of the volute of the turbocharger.
Dans ce but, l'invention, propose un agencement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le conduit de prélèvement est raccordé au conduit intermédiaire en amont de la volute, pour permettre l'alimentation du moteur en gaz d'échappement recyclés à pression élevée sans perturber le fonctionnement de la turbine. For this purpose, the invention proposes an arrangement of the type described above, characterized in that the sampling duct is connected to the intermediate duct upstream of the volute, to allow the engine to be fed with recycled exhaust gas at high pressure. high without disturbing the operation of the turbine.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'axe du conduit de prélèvement forme un angle obtu avec l'axe du conduit intermédiaire, pour favoriser l'écoulement des gaz d'échappement recyclés au sein dudit conduit de prélèvement, - le conduit de prélèvement est raccordé au conduit intermédiaire au niveau de la première semelle tubulaire, - le moteur thermique est un moteur en "Vé" comportant deux collecteurs d'échappements qui sont raccordés à la première semelle intermédiaire du turbocompresseur par l'intermédiaire d'un élément de jonction et de mélange tubulaire qui présente la forme d'un "Y" dont les deux branches distinctes sont chacune raccordées à un des collecteurs d'échappement et dont la branche commune est raccordée à la première semelle, io - la géométrie des branches distinctes et de la branche commune est adaptée à permettre le brassage des gaz issus des deux collecteurs en amont de la première semelle et sans que l'écoulement des gaz issus d'un des collecteurs d'échappement ne perturbe l'autre, - l'élément de jonction forme support pour le turbo- compresseur. According to other characteristics of the invention: the axis of the sampling duct forms an obtuse angle with the axis of the intermediate duct, to promote the flow of the recycled exhaust gases within said sampling duct; sampling duct is connected to the intermediate duct at the level of the first tubular soleplate, the heat engine is a "Vee" engine comprising two exhaust manifolds which are connected to the first midsole of the turbocharger via a junction and tubular mixing element which has the shape of a "Y" whose two separate branches are each connected to one of the exhaust manifolds and whose common branch is connected to the first sole, io - the geometry of the branches and the common branch is adapted to allow the mixing of gases from the two collectors upstream of the first sole and without the flow of gas from one of the exhaust manifolds does not disturb the other, - the connecting element forms a support for the turbo-compressor.
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 vue en perspective d'un agencement selon un état antérieur de la technique - la figure 2 est une première vue en perspective d'un agencement réalisé conformément à l'invention; - la figure 3 est une seconde vue en perspective de l'agencement de la figure 2. Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of an arrangement according to a state prior art - Figure 2 is a first perspective view of an arrangement made in accordance with the invention; FIG. 3 is a second perspective view of the arrangement of FIG.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. In the following description, like reference numerals designate like parts or having similar functions.
On a représenté à la figure 1 l'ensemble d'un agencement 10 conventionnel pour l'alimentation en gaz d'échappement recyclés d'un moteur thermique turbocompressé d'un véhicule automobile. FIG. 1 shows the assembly of a conventional arrangement for the supply of recycled exhaust gases from a turbocharged heat engine of a motor vehicle.
L'agencement 10 est adapté à un moteur dit en "Vé" comportant deux collecteurs d'échappement (non représentés). The arrangement 10 is adapted to a so-called "Vee" engine comprising two exhaust manifolds (not shown).
Chacun de ces collecteurs d'échappement est relié d'une part à une culasse du moteur du véhicule, et d'autre part, aux extrémités 11 et 13 d'un élément 12 de jonction et de mélange tubulaire qui est relié lui- même à une turbine 14 d'un turbocompresseur 16. Each of these exhaust manifolds is connected on the one hand to a cylinder head of the vehicle engine, and on the other hand, to the ends 11 and 13 of a tubular joining and mixing element 12 which is itself connected to a turbine 14 of a turbocharger 16.
La turbine 14 comporte un rotor d'entraînement d'un compresseur 18 du turbocompresseur 16 qui est susceptible io d'expulser un mélange gazeux comprimé à sa sortie 20. The turbine 14 comprises a drive rotor of a compressor 18 of the turbocharger 16 which is capable of expelling a compressed gaseous mixture at its outlet 20.
Un carter de la turbine 14 du turbocompresseur comporte, d'amont en aval, une première semelle tubulaire 22 pour son raccordement au collecteur d'échappement par l'intermédiaire de l'élément de jonction et de mélange tubulaire 12, un conduit intermédiaire 24, et une volute 26 dans laquelle est montée tournante le rotor d'entraînement. A casing of the turbine 14 of the turbocharger comprises, from upstream to downstream, a first tubular soleplate 22 for its connection to the exhaust manifold via the joining and tubular mixing element 12, an intermediate duct 24, and a volute 26 in which is mounted rotatably the drive rotor.
Selon cette conception connue, l'élément 12 de jonction et de mélange tubulaire comporte un conduit 28 de prélèvement dont une seconde semelle tubulaire 30 est raccordée à un conduit d'alimentation en gaz d'échappement recyclés du moteur. According to this known design, the element 12 of junction and tubular mixture comprises a sampling conduit 28 of which a second tubular sole 30 is connected to an exhaust gas feed pipe recycled from the engine.
Cette conception fragilise grandement l'élément 12 de jonction et de mélange tubulaire. This design greatly weakens the element 12 of junction and tubular mixture.
Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé selon une deuxième conception connue (non représentée), un agencement analogue à celui décrit précédemment, à cette différence près que le conduit 28 de prélèvement ne fait pas partie de l'élément 12 de jonction et de mélange tubulaire, mais est agencé sur la volute 26 de la turbine 14 du turbocompresseur 16. To remedy this drawback, it has been proposed according to a second known design (not shown), an arrangement similar to that described above, with the difference that the pipe 28 of sampling is not part of the element 12 junction and tubular mixture, but is arranged on the volute 26 of the turbine 14 of the turbocharger 16.
Dans ce cas, le conduit 28 de prélèvement communique 30 avec le carter de la turbine 14 du turbocompresseur au niveau de la volute 26. In this case, the sampling conduit 28 communicates with the casing of the turbocharger turbine 14 at the level of the volute 26.
Cette conception permet de remédier aux problèmes de fragilité de l'élément 12 de jonction et de mélange tubulaire, mais les gaz qui sont prélevés au niveau de la volute 26 du turbo-compresseur ne présentent pas des caractéristiques optimales. This design makes it possible to remedy the problems of fragility of the element 12 of junction and tubular mixture, but the gases that are taken at the volute 26 of the turbo-compressor do not have optimum characteristics.
En effet, ces gaz sont d'une part soumis à d'importantes turbulences, et d'autre part ils sont soumis à une pression insuffisante, puisqu'une partie de l'énergie cinétique des gaz a déjà été dissipée pour l'entraînement du rotor de la turbine 14. Enfin, le prélèvement des gaz sur la volute 26 perturbe le fonctionnement de la turbine 14. Indeed, these gases are on the one hand subjected to significant turbulence, and on the other hand they are subjected to insufficient pressure, since a portion of the kinetic energy of the gases has already been dissipated for the training of the turbine rotor 14. Finally, the removal of gases on the volute 26 disrupts the operation of the turbine 14.
Pour remédier à cet inconvénient, comme l'illustrent les io figures 2 et 3, l'invention propose un agencement 10 du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le conduit 28 de prélèvement est raccordé au conduit intermédiaire 24 en amont de la volute 26. To remedy this drawback, as shown in FIGS. 2 and 3, the invention proposes an arrangement 10 of the type described above, characterized in that the sampling duct 28 is connected to the intermediate duct 24 upstream of the volute 26. .
Cette configuration permet l'alimentation du moteur en gaz 15 d'échappement recyclés soumis à une pression élevée sans perturber le fonctionnement de la turbine 14. This configuration makes it possible to feed the engine with recycled exhaust gas subjected to a high pressure without disturbing the operation of the turbine 14.
Comme l'illustre la figure 2, cette configuration est particulièrement adaptée à un moteur thermique dit "en Vé" comportant deux collecteurs d'échappements qui sont raccordés à la première semelle 22 du turbocompresseur par l'intermédiaire d'un élément 12 de jonction et de mélange tubulaire. As illustrated in Figure 2, this configuration is particularly suitable for a thermal engine called "Vee" having two exhaust manifolds which are connected to the first sole 22 of the turbocharger via a connecting element 12 and tubular mixing.
Cet élément 12 présente la forme d'un "Y" dont les deux branches distinctes 30 et 32 sont chacune raccordées à un des collecteurs d'échappement et dont la branche commune 34 est raccordée à la première semelle. This element 12 has the shape of a "Y" whose two separate branches 30 and 32 are each connected to one of the exhaust manifolds and whose common branch 34 is connected to the first sole.
L'invention permet de bénéficier d'un tel élément 12 de jonction et de mélange tubulaire qui ne comporte que trois conduits, et est donc plus à même de résister aux vibrations transmises par les collecteurs d'échappement et par le turbocompresseur 16. The invention makes it possible to benefit from such a tubular joining and mixing element 12 which comprises only three ducts, and is therefore more able to withstand the vibrations transmitted by the exhaust manifolds and the turbocharger 16.
L'élément 12 de jonction peut ainsi former support pour le turbocompresseur 16. The joining element 12 can thus form a support for the turbocharger 16.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme l'illustre la figure 3, l'axe "B" du conduit 28 de prélèvement forme un angle obtu avec l'axe "A" du conduit intermédiaire 24, pour favoriser l'écoulement des gaz d'échappement recyclés au sein dudit conduit 28 de prélèvement. In the preferred embodiment of the invention, as illustrated in FIG. 3, the axis "B" of the sampling duct 28 forms an obtuse angle with the axis "A" of the intermediate duct 24, to favor the flow of recycled exhaust gas within said sampling conduit 28.
Le conduit 28 de prélèvement peut être agencé en tout point du conduit 24 intermédiaire, du moment que le raccordement dudit conduit 28 et dudit conduit 24 intervient avant la volute 26 du turbocompresseur 16. The sampling duct 28 can be arranged at any point of the intermediate duct 24, as long as the connection of said duct 28 and of said duct 24 takes place before the volute 26 of the turbocharger 16.
Le conduit de prélèvement peut ensuite être raccordé à un circuit de recirculation des gaz d'échappement par l'intermédiaire io d'une seconde semelle 36. The sampling duct may then be connected to an exhaust gas recirculation circuit via a second flange 36.
Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, pour garantir une rigidité élevée du carter du turbo-compresseur 16, le conduit 28 de prélèvement est raccordé au conduit intermédiaire 24 au niveau de la première semelle 22 tubulaire. However, in the preferred embodiment of the invention, to ensure high rigidity of the housing of the turbo-compressor 16, the sampling conduit 28 is connected to the intermediate conduit 24 at the first soleplate 22 tubular.
De préférence, la géométrie des branches distinctes 30, 32 et de la branche 34 commune de l'élément 12 de jonction est destinée à permettre le brassage des gaz issus des deux collecteurs en amont de la première semelle 22 du turbocompresseur 16 sans que l'écoulement des gaz issus d'un des collecteurs d'échappement ne perturbe l'autre. Preferably, the geometry of the distinct branches 30, 32 and of the common branch 34 of the connecting element 12 is intended to allow the mixing of the gases coming from the two collectors upstream of the first flange 22 of the turbocompressor 16 without the flow of gases from one of the exhaust manifolds does not disturb the other.
Les gaz circulant dans une des branches distinctes 30, 32 de l'élément 12 de jonction en forme de "Y" sont en effet aspirés directement dans la branche commune 34 dudit élément 12 de jonction par la turbine 14 du turbocompresseur 16 sans pénétrer dans l'autre branche distincte 30, 32. The gases circulating in one of the distinct branches 30, 32 of the Y-shaped junction element 12 are in fact sucked directly into the common branch 34 of said connecting element 12 by the turbine 14 of the turbocharger 16 without penetrating into the other distinct branch 30, 32.
Il sera donc compris que l'angle relatif des branches 30, 32, 34 de l'élément 12 de jonction est à cet effet un facteur déterminant. It will therefore be understood that the relative angle of the branches 30, 32, 34 of the connecting element 12 is for this purpose a determining factor.
L'invention permet donc d'assurer un prélèvement optimal des gaz d'échappement qui sont destinés à un circuit de recirculation de gaz d'échappement au niveau de la turbine 14 d'un turbocompresseur 16 associé à un moteur dit en "Vé", sans compromettre la rigidité de l'élément d'un élément de jonction et de mélange des collecteurs d'échappement, et sans perturber l'écoulement des gaz dans la volute 26 de la turbine 14. The invention thus makes it possible to ensure optimum exhaust gas sampling which is intended for an exhaust gas recirculation circuit at the turbine 14 of a turbocharger 16 associated with a so-called "Ve" engine. without compromising the rigidity of the element of a connecting element and mixing of the exhaust manifolds, and without disturbing the flow of gas in the volute 26 of the turbine 14.
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