FR2879668A1 - Systeme de recirculation des gaz d'echappement - Google Patents
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Abstract
Système de recirculation (20) des gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion interne (1) comportant un passage de recirculation, appelé, passage EGR (25) des gaz d'échappement entre le système d'échappement et le système d'admission caractérisé en ce que le passage EGR (25) comporte au moins deux branches (25a, 25b, 25c) en dérivation.
Description
SYSTEME DE RECIRCULATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT
L'invention concerne un système de recirculation des gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion interne comportant un passage de recirculation des gaz d'échappement entre le système d'échappement et le système d'admission.
Typiquement, un système EGR comprend une ligne de recyclage de gaz d'échappement connectée entre la ligne de gaz d'échappement, à la sortie du moteur, et la ligne d'admission d'air, à lo l'entrée du moteur. La demande de brevet GB2357047 présente un système EGR contenant un catalyseur d'oxydation avec un injecteur en amont. Cette demande concerne manifestement un moteur essence et ne permet pas de réguler la température des gaz d'échappement circulant dans le système EGR (appelés gaz EGR) sur une large plage.
Afin de pallier ces inconvénients, l'invention vise à contrôler la température des gaz EGR sur une large plage.
L'invention vise aussi à contrôler la température des gaz d'échappement et de contrôler la quantité des émissions 20 d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement.
L'invention vise aussi à limiter les émissions des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement.
A cet effet, l'invention propose un dispositif d'épuration des gaz d'échappement comportant un système EGR qui dispose d'un 25 passage EGR à au moins deux branches en dérivation.
Selon un mode de réalisation du passage EGR, l'une des branches est une branche de réchauffement qui comporte un catalyseur d'oxydation, un réchauffeur en amont du catalyseur. Le passage peut comporter un injecteur en amont du catalyseur d'oxydation.
Selon un mode de réalisation du passage EGR, le passage EGR peut comporter trois branches dont une branche de réchauffement, une branche de refroidissement et une branche sans traitement thermique.
Selon un second mode de réalisation du système EGR, le système EGR comporte un passage reliant le tuyau d'échappement avant le système de post traitement et l'injecteur.
Un procédé utilisant le système EGR permet par un système de vannes approprié de faire recirculer les gaz d'échappements dans le passage EGR ou d'effectuer des injections de carburant dans l'un des passages.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation w en référence aux figures annexées.
La figure 1 illustre une construction d'un moteur à combustion interne comportant un système EGR selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 illustre un premier système EGR selon l'invention.
La figure 3 illustre un second système EGR selon l'invention.
La figure 4 illustre une construction d'un moteur à combustion interne comportant un système EGR selon un second mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1, par exemple un moteur diesel à quatre temps refroidi par eau, à quatre cylindres 2. Le moteur 1 comporte, en particulier, un système d'admission, un système d'échappement, un système de commande.
Le système d'admission comporte un conduit d'admission 9, une soupape d'étranglement d'admission 13, un collecteur d'admission 8, un filtre à air 10 et un refroidisseur intermédiaire 16. Le conduit d'admission 9 guide l'air d'admission introduit par le filtre à air 10 vers le collecteur d'admission 8. Le collecteur d'admission 8 est raccordé au moteur 1 pour alimenter les cylindres 2 en air. La soupape d'étranglement d'admission 13 est disposée en amont du collecteur d'admission 8 et permet d'augmenter ou de diminuer la quantité d'air circulant dans les cylindres 2.
Le compresseur 15a d'un turbocompresseur 15 et un refroidisseur intermédiaire 16 sont disposés dans le conduit d'admission entre le filtre à air 10 et la soupape d'étranglement d'admission 13. Le refroidisseur intermédiaire 16 est disposé dans le conduit d'admission 9 en aval du compresseur 15a.
L'air d'admission nettoyé par un filtre à air s'écoule vers le compresseur 15a à travers le conduit d'admission 9 pour y être comprimé. Puis, il est refroidi dans le refroidisseur intermédiaire 16 et parvient au collecteur d'admission 8 selon un débit contrôlé par la soupape d'étranglement d'admission 13.
Le système de commande comporte une unité de commande électronique UCE 7. Différents capteurs sont connectés à io l'UCE 7. Leurs signaux de sortie sont exploités par l'UCE 7 pour commander des actionneurs tels que lia soupape d'étranglement d'admission 13.
Le système d'échappement comporte un collecteur d'échappement 18 et un tuyau d'échappement 19, et forme un passage de gaz d'échappement à travers lequel le gaz d'échappement en provenance de chaque cylindre 2 est éjecté vers l'extérieur du corps du moteur 1. Le système d'échappement comporte, en outre, un système EGR 20, un système de post traitement 5 qui comporte, par exemple, un catalyseur d'oxydation 23, un filtre à particules 3 et un catalyseur de réduction 24.
Le collecteur d'échappement 18, relié au moteur 1 est raccordé à la turbine 15b du turbocompresseur 15. La turbine 15b est aussi raccordée à un tuyau d'échappement 19 qui est raccordé à sa partie en aval à un silencieux (non représenté).
Selon un premier mode de réalisation du système EGR 20, le système EGR 20 comporte un passage EGR 25 qui fait communiquer le collecteur d'échappement 18 et le collecteur d'admission 8. Une partie des gaz issus clu collecteur d'échappement 18 retourne au collecteur d'admission 8. Une vanne V1 est disposée dans ce passage EGR 25 pour ajuster la quantité des gaz recirculés ou EGR. Ces gaz pénètrent dans chaque cylindre 2 en mélange avec l'air d'admission, dont la quantité est ajustée par la soupape d'étranglement d'admission 13.
Le passage EGR 25 comporte un module 31, détaillé sur la figure 2.
Celui-ci représente un premier exemple de système EGR dont le module 31 présente une seule branche 25a qui comporte un catalyseur d'oxydation 17, un réchauffeur électrique 22. Un injecteur à faible pression 30 est placé en amont de cette branche 25a.
Lorsque la vanne V1 est ouverte, une partie des gaz d'échappement circulant dans le collecteur d'échappement 18 est introduite dans la branche 25a selon un débit contrôlé par celle-ci.
lo L'UCE 7 est reliée à un capteur de température 11 qui est placé entre l'aval du catalyseur 17 et l'entrée de la vanne V1. Les gaz EGR sont réchauffés de façon à oxyder partiellement les hydrocarbures des gaz EGR et pour améliorer l'efficacité du système de post traitement 5.
Le catalyseur d'oxydation 17 permet d'oxyder des hydrocarbures imbrûlés HC et du monoxyde de carbone CO. Un réchauffeur électrique 22 est placé en amont du catalyseur 17 de façon à activer le catalyseur 17 plus rapidement, par exemple, lors d'un démarrage à froid. Ce réchauffeur électrique 22 peut être, par exemple, une grille ou une résistance chauffante. Son fonctionnement est commandé par l'UCE 7. Une fois que le catalyseur 17 a atteint sa température d'activation, la température des gaz EGR peut encore être augmentée par l'injection de carburant par l'injecteur 30 qui est activé par PUCE 7. Grâce à une sonde à oxygène 4 placée en sortie du collecteur d'échappement 18 dans le passage 25, il est possible de déterminer la quantité d'oxygène présent dans les gaz EGR. Ainsi, I'UCE 7 calcule et commande l'injecteur 30 pour injecter la quantité de carburant nécessaire pour réaliser l'oxydation dans le catalyseur 17 en respectant la stoechiométrie de la réaction d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés. L'exothermicité de la réaction d'oxydation étant proportionnelle à la quantité de carburant injectée, elle permet d'augmenter la température des gaz EGR. Cette augmentation de température des gaz EGR permet de rendre la combustion dans les chambres du moteur plus complète et ainsi de diminuer la quantité des hydrocarbures produits lors de la combustion. La température est vérifiée à l'aide du capteur 11 qui est reliés à I'UCE 7. Une température élevée des gaz EGR permet également d'augmenter la température des gaz d'échappement suivant le taux d'EGR appliqué. De cette façon, les gaz d'échappement peuvent atteindre rapidement la température d'activation du catalyseur d'oxydation 23 pour oxyder les hydrocarbures.
La figure 3 représente un second exemple de système EGR 20 dont le module 31 comporte trois branches 25a, 25b, 25c. La première branche 25a comporte un catalyseur d'oxydation 17, un réchauffeur électrique 22. Un injecteur 30 est placé en amont du catalyseur 17. La seconde branche 25b comporte un refroidisseur 27. La troisième branche 25c comporte une vanne 29. Une vanne à trois voies 14 est disposée à l'intersection des branches 25a, 25b.
Lorsque la vanne V1 est ouverte, une partie des gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 18 est introduite dans l'une des branches 25a ou 25b ou 25c selon un débit contrôlé par la vanne V1. Les gaz EGR empruntent la branche 25a pour être réchauffés, la branche 25b pour être refroidis, ou la branche 25c sans subir aucune variation de température. L'UCE 7 est reliée d'une part à des capteurs de température 11, 12 qui sont placés à la sortie du catalyseur 17 et à l'entrée de la vanne V1 et d'autre part à la vanne trois voies 14 et à la vanne 29.
Si la branche 25a est sélectionnée, les gaz EGR sont réchauffés de façon à oxyder partiellement les hydrocarbures des gaz EGR et pour améliorer l'efficacité du système de post traitement 5. La branche 25a fonctionne comme dans l'exemple précédent.
Si la branche 25b est sélectionnée, les gaz EGR sont refroidis par le refroidisseur 27. Les gaz EGR refroidis se mélangent avec de l'air frais d'admission pour être introduits dans les chambres de combustion des cylindres 2. Les gaz EGR contiennent des composants de gaz inerte qui ne brûlent pas et qui ont une capacité thermique élevée, tels que de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. En conséquence, lorsque ces gaz EGR sont délivrés avec l'air d'admission à chaque cylindre 2, la température de combustion du mélange devient relativement faible. Il s'ensuit que la génération d'oxydes d'azote NOx est réduite.
s Si la branche 25c est sélectionnée par la vanne 29, les gaz EGR ne subissent pas d'augmentation ou de diminution de température dans le cas où la température et/ ou la composition chimique des gaz EGR correspond aux besoins de la combustion du moteur 1.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 4, le système EGR 20 comporte un passage 25 et un passage 28. Le module 31 du passage 25 peut comporter une ou plusieurs branches 25a, 25b, 25c, et fonctionne de la même manière que précédemment. L'injecteur 30 est placé en amont du module 31.
ls Le passage 28 relie le tuyau d'échappement 19, entre la sortie de la turbine 15b et le système de post traitement 5, et la partie amont du module 31 et plus précisément juste en amont de l'injecteur 30. Le passage 28 comporte aussi une vanne V2.
Lorsque la vanne V1 est fermée et la vanne V2 est ouverte, il est possible soit d'enrichir les gaz d'échappement soit d'augmenter la température des gaz d'échappement de façon à améliorer l'efficacité du catalyseur 23 ou du filtre à particules 3 ou du piège à NOx 24.
Une sonde à oxygène 6 est placée dans le tuyau d'échappement 19 entre le passage 28 et le système de post traitement 5. La sonde à oxygène 6 permet de déterminer la richesse des gaz d'échappement. Cette sonde à d'oxygène 6 est reliée à l'unité de commande électronique 7. Une injection peut alors être effectuée par l'injecteur 30 permettant ainsi d'enrichir les gaz d'échappement pour favoriser la régénération du piège à NOx 24. Le carburant injecté suit le passage 28 puis le tuyau d'échappement 19. Cette injection s'apparente donc à une injection de carburant directement dans le tuyau d'échappement 19.
Ce passage 28 permet également de limiter les pertes thermiques dans le tuyau échappement 19, qui sont liées au passage des gaz d'échappement dans la turbine 15b. Ce gain en température peut être réutilisé pour activer le catalyseur d'oxydation 23. Enfin, un réchauffement préalable des gaz dans la branche 25a, permet d'activer rapidement le catalyseur d'oxydation 23 puis le filtre à particules 3 et le piège à NOx 24.
Claims (10)
1. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion interne (1) comportant un passage de recirculation, appelé, passage EGR (25) des gaz d'échappement entre le système d'échappement et le système d'admission caractérisé en ce que le passage EGR (25) comporte au moins deux branches (25a, 25b, 25c) en dérivation.
io
2. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une branche est une branche de refroidissement (25b).
3. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon l'une 15 des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une branche est une branche de réchauffement (25a).
4. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage (25) comporte une branche de refroidissement (25b), une branche de réchauffement (25a) et une branche sans traitement thermique (25c).
5. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la branche de réchauffement (25a) comporte un catalyseur d'oxydation (17) et un réchauffeur électrique (22) en amont du catalyseur d'oxydation (17).
6. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le passage EGR (25) comporte un injecteur (30) qui est en amont du catalyseur d'oxydation (17).
7. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système EGR (20) comporte un second passage (28) reliant le tuyau d'échappement (19) à l'injecteur (30) de manière à pouvoir effectuer une injection.
8. Système de recirculation (20) des gaz d'échappement selon la 5 revendication 7, caractérisé en ce que le passage (28) est relié au passage EGR (25)
9. Procédé de recirculation des gaz d'échappement utilisant le système (20) selon l'une des revendications précédentes 6 à 8, caractérisé en ce qu'une injection par l'injecteur (30) est effectuée dans la branche de réchauffement (25a) au moyen de l'ouverture d'une vanne (V1), qui est située dans le passage (25).
10. Procédé de recirculation des gaz d'échappement utilisant le système (20) selon l'une des revendications précédentes 7 à 8, caractérisé en ce qu'une injection par l'injecteur (30) est effectuée dans le passage (28) au moyen de l'ouverture d'une vanne (V2), qui est placée dans ce passage (28). 25 30
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