FR2892770A1

FR2892770A1 - Dispositif de recirculation controlee des gaz brules d'un circuit egr a haute pression

Info

Publication number: FR2892770A1
Application number: FR0511074A
Authority: FR
Inventors: Jacky Guezet; Laurent Krebs; Franck Levy
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-04
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: FR2892770B1

Abstract

Le dispositif est caractérisé en ce que le conduit EGR (5) comporte un conduit de retour (6) raccordé en dérivation entre la vanne d'admission (V1) et le moyen de refroidissement (4) au conduit EGR par l'intermédiaire d'une vanne de retour (V2) disposée sur le conduit de retour à proximité du point de raccordement et, de l'autre côté, à la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T), les moyens de commande étant agencés pour activer :● l'ouverture de la vanne d'admission et la fermeture de la vanne de retour lors des phases de dépollution,● l'ouverture de la vanne de retour et la fermeture de la vanne d'admission lors des phases de décrassage,● la fermeture de la vanne d'admission et de la vanne de retour si le circuit EGR est désactivé.

Description

Dispositif de recirculation contrôlée des qaz brûlés d'un circuit EGR à

haute pression DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne, dans le domaine des moteurs à 5 combustion interne, des systèmes de contrôle de la combustion utilisant une recirculation des gaz brûlés EGR (Exhaust Gas Recirculation). L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de recirculation contrôlée des gaz brûlés dans un circuit EGR à haute pression (moteurs suralimentés) permettant un nettoyage du circuit EGR afin de lutter io contre son encrassement, à la fois par une action mécanique (décollage des poussières par un souffle chaud des gaz d'échappement sous pression) et par une action thermique (pyrolyse ou oxydation des suies et des hydrocarbures adhésifs) qui ne nécessitent aucune consommation électrique supplémentaire. 15 ARRIEREPLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les contraintes dues aux normes relatives aux niveaux des émissions polluantes liées au fonctionnement des moteurs à combustion interne, notamment Diesel, deviennent de plus en plus sévères, notamment en ce qui concerne les émissions d'oxyde d'azote, NO II est connu que les 20 NO, sont formés à partir du diazote, N2, et du dioxygène, 02, de l'air lorsque la température de combustion dépasse un certain seuil. De manière connue, pour réduire le niveau des émissions polluantes, la température de combustion est alors abaissée à l'aide de la recirculation à l'admission du moteur des gaz brûlés (EGR). Le principe de la recirculation 25 des gaz brûlés réside dans l'introduction via un conduit EGR d'une quantité donnée de gaz d'échappement prélevée à la sortie des gaz du moteur à l'aide d'une vanne de recirculation de gaz brûlés dite vanne EGR, en emplacement d'une partie de l'air frais à l'admission du moteur. Le gaz d'échappement occupe une partie de l'espace de la chambre de combustion. 30 La température des gaz brûlés au moment de leur introduction dans la chambre de combustion reste bien inférieure à la température de combustion proprement dite. La capacité calorifique des gaz brûlés est supérieure à celle de l'air. En d'autres termes, la quantité de chaleur qu'il faut fournir pour élever d'un degré la température d'un volume unitaire des gaz brûlés est supérieure à la quantité de chaleur qu'il faut fournir pour élever d'un degré la température d'un volume unitaire de l'air. Ainsi la présence dans une partie de l'espace de la chambre de combustion des gaz brûlés à la place de l'air frais fait abaisser la température de combustion. Ce principe permet de limiter les émissions NOx (d'autant plus que la fraction de gaz recyclés est to grande) mais réduit les performances du moteur. Pour ce type de solution, il faut distinguer deux voies : la recirculation à haute pression et la recirculation à basse pression. Tandis que la recirculation à haute pression (moteurs suralimentés) consiste à prélever des gaz en amont de la turbine pour les réinjecter en aval du compresseur, la 15 recirculation à basse pression consiste au contraire à prélever des gaz après la turbine pour les réinjecter avant le compresseur d'air de suralimentation (les gaz peuvent parfois aussi être réinjectés en amont du refroidisseur d'air de suralimentation qui suit le compresseur). La recirculation à basse pression présente donc l'inconvénient, par rapport à la recirculation à haute pression, 20 de requérir un circuit plus long. Cette voie nécessite également la mise en place d'un filtre à particules en amont du prélèvement, pour éviter une usure prématurée du compresseur et assurer un recyclage de gaz exempts de particules. La présente invention concerne notamment un circuit EGR à haute 25 pression. De manière connue, un circuit EGR classique dispose, outre le conduit EGR et la vanne de recirculation, des moyens de commande de l'ouverture et de la fermeture de la vanne EGR pour réguler le flux des gaz brûlés à recycler par le conduit EGR dans le moteur. Ces moyens de 30 commande sont éventuellement activables par un moyen de contrôle. Le montage des moyens de refroidissement, par exemple, d'un échangeur de chaleur quelconque, par exemple, de type gaz/eau ou gaz/air, dans le conduit EGR permet de refroidir d'avantage les gaz brûlés recyclés et d'améliorer le rendement du moteur. II en résulte une baisse supplémentaire des émissions des oxydes d'azote NO,. Avec des objectifs d'émissions de NO, de plus en plus faibles, les 5 taux d'EGR, c'est-à-dire les quantités de gaz brûlés recirculées à l'admission du moteur, sont de plus en plus importants. Or, les gaz brûlés ou, autrement dit, les gaz d'échappement ou les gaz EGR, sont chimiquement agressifs et contiennent des imbrûlés (hydrocarbures HC, carburant imbrûlé ou partiellement brûlé), des particules io de suies plus ou moins grasses (IOF, Insoluble Organic Fraction, et SOF, Soluble Organic Fraction), et des vapeurs d'huile. La composition des gaz d'échappement entraîne donc un encrassement du circuit EGR. L'augmentation des quantités de gaz brûlés recirculées à l'admission d'une part, et leur refroidissement dans un échangeur de chaleur provoquant la 15 condensation sur les parois du circuit d'autre part, accentuent ce processus d'encrassement du circuit EGR. Ce processus provoque de plus en plus fréquemment des pertes de charge élevées, voire une obstruction du conduit EGR, et devient alors problématique. On connaît déjà dans l'état de la technique, des solutions traitant le 20 problème d'encrassement du circuit EGR en tant que tel, à l'aide de systèmes d'injection de solvant pour nettoyer le conduit EGR et enlever les dépôts (WO 00/47344 et WO 00/51751). II s'agit cependant de dispositifs externes au véhicule utilisés essentiellement lors des révisions. Or, les normes, actuelles et futures, exigent que les émissions de NOX restent au- 25 dessous d'un certain seuil durant plusieurs milliers d'heures de fonctionnement du moteur, le véhicule devant pouvoir parcourir plusieurs milliers, voire plusieurs dizaines de milliers de kilomètres entre deux révisions. Pour répondre à ce besoin, il faut pouvoir décrasser le circuit EGR 30 régulièrement au cours du fonctionnement de moteur. Pour réaliser cet objectif, des solutions connues de l'état de la technique portent sur les outils embarqués au bord des véhicules qui permettent d'enlever les dépôts.

La première solution (JP 3-222808) porte sur un piège à particules disposé dans le conduit EGR, associé à une résistance pour éliminer les suies par pyrolyse. Cette solution n'est pas satisfaisante car la résistance électrique consomme beaucoup d'énergie électrique en contribuant ainsi à la surconsommation du carburant. En outre, le problème de décrassage du conduit EGR dans sa totalité et, notamment de l'échangeur de chaleur, n'est pas traité. La deuxième solution (FR 2 833 653) prévoit une recirculation des gaz EGR sur des points prédéterminés pour éliminer les dépôts par pyrolyse io lorsque le moteur se trouve dans une zone de fonctionnement prédéterminée. Le problème de surconsommation électrique évoqué précédemment ne se pose plus : on utilise la forte thermique des gaz d'échappement introduit dans le circuit EGR lorsque leur température est suffisamment élevée, c'est-à-dire supérieure à un seuil prédéterminé. Par 15 ailleurs, cette approche permet de nettoyer par pyrolyse l'ensemble des points prédéterminés du circuit EGR et, notamment, l'échangeur de chaleur. Cependant, ce dispositif a plusieurs inconvénients comme ceux ci-après, donnés à titre d'exemple : • Le circuit EGR étant réalisé en boucle fermée entre la sortie et 20 l'entrée des gaz du moteur, il est impossible d'évacuer les particules résiduelles des dépôts nettoyés autrement que par l'admission du moteur. Il en résulte l'interaction entre ces particules résiduelles et la combustion dans les cylindres. Les performances du moteur sont donc altérées. En outre, les substances corrosives et abrasives 25 contenues dans les particules résiduelles interagissent avec les pièces du moteur en réduisant leur longévité. • Le circuit EGR en boucle fermée ne permet pas de traiter les problèmes de surpression en amont de la turbine (les ondes de pression circulant dans la canalisation de sortie des gaz 30 d'échappement) qui peuvent se produire pendant, par exemple, le fonctionnement lancé du moteur.

La troisième solution pour traiter le problème de décrassage du circuit EGR (JP 11-93781 et GB 2 303 176) consiste en un passage forcé de l'air frais sous pression sur des points prédéterminés du circuit EGR et, notamment l'échangeur de chaleur. Pour fournir l'air frais sous pression on peut, par exemple, utiliser l'air de suralimentation puisé après le refroidisseur d'air d'aspiration en aval du compresseur. L'air frais sous pression peut également provenir du réseau de bord de l'air comprimé d'un véhicule automobile, notamment utilitaire. Ce passage de l'air frais comprimé s'opère à des moments prédéterminés, par exemple, pendant les transitions entre le io fonctionnement du moteur avec EGR et sans EGR. Le problème des pertes électriques propre au piège à particules de la première solution mentionné ci-dessus, ne se pose donc plus. Le nettoyage du circuit EGR s'effectue par un décollage des saletés, des substances corrosives et d'un éventuel condensat à l'aide d'un puissant jet 15 d'air circulant soit dans le même sens que la direction d'écoulement des gaz brûlés dans le circuit EGR, soit en sens opposé. Au moins un mode de fonctionnement du dispositif selon GB 2 303 176 prévoit qu'une fois l'échangeur de chaleur traversé par l'écoulement d'air en sens opposé par rapport à celui des gaz brûlés, le jet est dévié vers la ligne d'échappement en 20 contournant la turbine. Les particules résiduelles des dépôts nettoyés évitent sur leur passage non seulement l'admission du moteur mais également les aubes de la turbine. Ainsi, les substances corrosives et abrasives contenues dans les particules résiduelles n'interagissent pas avec les pièces du moteur, ni de la turbine, en préservant leur longévité. 25 L'inconvénient majeur de la solution proposé par JP 11-93781 et GB 2 303 176 réside dans le fait que l'action de nettoyage reste essentiellement mécanique et, donc, incomplète. La température de l'air frais est en effet insuffisante pour produire un impact thermique sur des suies et des hydrocarbures, collants par nature et qui adhèrent fortement au conduit EGR. 30 25 30 DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de recirculation contrôlée des gaz brûlés dans un circuit EGR à haute pression.

A cet effet, le dispositif de recirculation contrôlée des gaz brûlés dans un circuit EGR à haute pression pour moteur à combustion interne, comportant un conduit EGR pour acheminer les gaz brûlés entre la sortie et l'entrée des gaz du moteur à l'admission, raccordé en dérivation à l'admission du moteur par l'intermédiaire d'une vanne d'admission disposée to sur le conduit EGR à proximité du point de raccordement à l'admission du moteur et, de l'autre côté, sur la canalisation des gaz d'échappement de la sortie du moteur en amont de la turbine de turbocompresseur, des moyens de commande de l'ouverture et de la fermeture de la vanne d'admission pour réguler le flux des gaz brûlés dans le conduit EGR, éventuellement 15 activables par un moyen de contrôle, un moyen de refroidissement des gaz brûlés coopérant avec le conduit EGR en amont de la vanne d'admission en sens de la direction d'écoulement des gaz brûlés dans le conduit EGR, est caractérisé en ce que le conduit EGR comporte un conduit de retour raccordé en dérivation entre la vanne d'admission et le moyen de 20 refroidissement au conduit EGR par l'intermédiaire d'une vanne de retour disposée sur le conduit de retour et, de l'autre côté, à la ligne d'échappement en aval de la turbine de turbocompresseur, les moyens de commande étant agencés pour activer : • l'ouverture de la vanne d'admission et la fermeture de la vanne de retour lors des phases de dépollution, et • l'ouverture de la vanne de retour et la fermeture de la vanne d'admission lors des phases de décrassage du circuit EGR, et • la fermeture de la vanne d'admission et de la vanne de retour si le circuit EGR est désactivé.

Selon une autre particularité, les moyens de commande sont agencés pour activer la fermeture de la vanne d'admission et l'ouverture de la vanne de retour lors des phases de décharge ( waste gate ) au moment prédéterminé quand la pression en amont de la turbine devient trop importante par rapport au besoin du turbocompresseur. Selon une autre particularité, les moyens de commande sont agencés pour activer la fermeture progressive de la vanne de retour lors de la phase de décrassage dès que la demande en pression en amont de la turbine augmente au-dessus d'un seuil prédéterminé pour satisfaire le besoin io du turbocompresseur. Selon une autre particularité, les moyens de commande sont agencés pour réguler : • le flux des gaz brûlés recyclés dans le moteur à l'aide de la vanne d'admission lors des phases de dépollution en fonction 15 de besoins du moteur pour maintenir la stabilité de combustion dans les cylindres, et • le flux des gaz brûlés vers la ligne d'échappement en aval de la turbine de turbocompresseur à l'aide de la vanne de retour lors des phases de décrassage. 20 Selon une autre particularité, les moyens de commande sont agencés pour réguler le flux des gaz brûlés recyclés dans le moteur lors des phases de dépollution par le débit de fuite contrôlé via la vanne de retour vers la ligne d'échappement en aval de la turbine de turbocompresseur, la vanne d'admission restant ouverte. 25 Selon une autre particularité, les moyens de commande sont agencés pour réguler respectivement le taux de fermeture de la vanne d'admission en coopération avec le taux d'ouverture de la vanne de retour lors des phases de décrassage, de manière à réguler le flux des gaz dans le circuit EGR à l'aide de débits de fuites contrôlés via la vanne d'admission et 30 la vanne de retour respectivement vers l'admission du moteur et vers la ligne d'échappement en aval de la turbine. Selon une autre particularité, le moyen de contrôle est agencé pour : • couper la circulation du liquide de refroidissement du moteur dans le moyen de refroidissement du conduit EGR lors des phases de dépollution dès que la température du liquide de refroidissement atteigne une valeur prédéterminée. • couper la circulation du liquide de refroidissement du moteur dans le moyen de refroidissement du conduit EGR lors des phases de décrassage dès que la température du liquide de refroidissement atteigne une valeur prédéterminée. Selon une autre particularité, le moyen de contrôle comprend des io moyens de mesure des données représentatives de l'état de fonctionnement du moteur choisis parmi un ou plusieurs des éléments suivants : (a) moyens de mesure de température de fonctionnement de moteur ; (b) moyens de mesure de température des gaz en amont du moyen de refroidissement du conduit EGR ; (c) moyens de mesure de température des gaz en aval du 15 moyen de refroidissement du conduit EGR ; (d) moyens de mesure de pression en amont de la turbine de turbocompresseur ; (e) moyens de mesure de perte de charge dans le circuit EGR ; (f) moyens de mesure relatifs au régime du moteur ; (g) moyens de mesure relatifs à la charge du moteur ; (h) moyens de mesure relatifs aux conditions de roulage du 20 véhicule ; (i) moyens de mesure de la qualité du carburant ; (j) moyens analyseur des gaz à l'admission du moteur ; (k) moyens analyseur des gaz brûlés à la sortie du moteur. Selon une autre particularité, le conduit EGR comporte une vanne de décharge disposée entre la canalisation des gaz d'échappement de la sortie 25 du moteur et le moyen de refroidissement du conduit EGR, les moyens de commande étant agencés pour assurer la coopération de la vanne de décharge avec la vanne d'admission et la vanne de retour en produisant : • l'ouverture de la vanne de retour et de la vanne de décharge lors des phases de décrassage et lors des phases de 30 décharge ( waste gate ), et • la fermeture de la vanne de retour et d'au moins une vanne parmi la vanne d'admission et la vanne de décharge si le circuit EGR est désactivé, et • l'ouverture de la vanne d'admission et de la vanne de décharge lors des phases de dépollution. Selon une autre particularité, quand le conduit EGR comporte une vanne de décharge disposée entre la canalisation des gaz d'échappement de la sortie du moteur et le moyen de refroidissement du conduit EGR, les moyens de commande sont agencés pour assurer la coopération de la vanne io de décharge avec la vanne d'admission en produisant • la régulation du flux des gaz brûlés recyclés à l'admission souhaitée par le moteur pour maintenir la stabilité de combustion par l'intermédiaire de la vanne de décharge lors des phases de dépollution, la vanne d'admission restant 15 ouverte, et • la régulation du flux des gaz brûlés vers la ligne d'échappement en aval de la turbine de turbocompresseur à l'aide de la vanne de décharge lors des phases de décrassage, la vanne de retour restant ouverte, et 20 • la fermeture progressive de la vanne de décharge lors de la phase de décrassage dès que la demande en pression en amont de la turbine augmente au-dessus d'un seuil prédéterminé pour satisfaire le besoin du turbocompresseur, la vanne de retour restant ouverte. 25 L'invention avec ses caractéristiques et avantages ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence au dessin annexé dans lequel : la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention assurant une recirculation contrôlée des gaz brûlés dans un circuit EGR à 30 haute pression permettant un nettoyage du circuit EGR afin de lutter contre son encrassement, à la fois par une action mécanique et par une action i0 thermique qui ne nécessitent aucune consommation électrique supplémentaire. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION La recirculation des gaz d'échappement (EGR) à l'admission du moteur permet, en abaissant les températures de combustion par dilution de la charge, de limiter la formation des oxydes d'azote NON. C'est un moyen couramment utilisé sur les véhicules, notamment les véhicules industriels et utilitaires, qui restent compatibles avec le maintien des objectifs de to consommation et de durabilité des moteurs à combustion interne. L'invention propose un dispositif assurant une recirculation contrôlée des gaz brûlés dans un circuit EGR à haute pression (moteurs suralimentés). En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention comporte, de manière classique, un conduit EGR (5) pour acheminer les gaz brûlés entre 15 la sortie (S) et l'entrée (E) des gaz du moteur (M) à l'admission (A). Ce conduit EGR (5) est raccordé en dérivation, d'une part, à l'admission (A) du moteur (M) et, d'autre part, sur une canalisation (7) des gaz d'échappement de la sortie (S) du moteur (M) en amont de la turbine (T) de turbocompresseur (TC). Ainsi, les gaz brûlés prélevés en amont de la turbine 20 (T) sont réinjectés en aval du compresseur (C) à l'admission (A) du moteur (M). Une vanne d'admission (V1) est disposée sur le conduit EGR (5) à proximité du point de raccordement avec l'admission (A) du moteur (M). Cette vanne d'admission (VI) permet de réguler le flux des gaz recyclés 25 traversant le conduit EGR (5) à l'admission (A) du moteur (M). L'admission (A) peut comporter différents équipements connus de l'art antérieur tels que, par exemple, des moyens de mesures (capteur de pression, capteur de température de gaz en entrée du moteur, analyseur de gaz...), des moyens de refroidissement d'air de suralimentation (échangeur 30 de chaleur) munis des moyens de court-circuitage de ceux-ci, etc. De même, la sortie (S) des gaz du moteur (M) peut être munie des différents équipements connus, comme, par exemple, un capteur de pression, capteur 2892770 Il de température des gaz en sortie du moteur, analyseur de gaz, filtre à particule etc. Un moyen de refroidissement (4), par exemple, un échangeur de chaleur quelconque du type gaz/eau ou gaz/air, est installé dans le conduit 5 EGR (5). Son emplacement dans le conduit EGR (5) est agencé de sorte que la vanne d'admission (V1) se trouve entre les moyens d'admission (A) et le moyen de refroidissement (4). L'échangeur de chaleur (4) peut être muni des différents équipements connus, comme, par exemple, un capteur de pression, capteur de température des gaz à son entrée et à sa sortie etc. io L'échangeur de chaleur (4) permet de réduire d'avantage la température des gaz brûlés recyclés et, par conséquent, la température de combustion. Il en résulte une baisse supplémentaire des émissions des oxydes d'azote NON. Le dispositif selon l'invention est doté avantageusement d'un conduit de retour (6) de type by-pass vers la ligne d'échappement (G). Le conduit 15 de retour (6) est raccordé en dérivation, d'une part, au conduit EGR (5) entre la vanne d'admission (V1) et le moyen de refroidissement (4) et, d'autre part, à la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T) de turbocompresseur (TC). Le conduit de retour (6) contourne donc avantageusement la turbine (T). 20 Une vanne de retour (V2) est disposée sur le conduit de retour (6), à proximité du point de raccordement avec le conduit EGR (5). La vanne de retour (V2) permet de réguler le débit des gaz recyclés traversant le conduit EGR (5) et court-circuitant l'admission (A) du moteur (M) via le conduit de retour (6) lors du passage vers la ligne d'échappement (G) en aval de la 25 turbine (T). Dans un mode de réalisation de l'invention, le conduit EGR (5) comporte une vanne de décharge (V3) disposée sur le conduit EGR (5) à proximité du point de raccordement avec la canalisation (7) des gaz d'échappement de la sortie (S) du moteur (M). La vanne de décharge (V3) se 30 trouve donc dans le conduit EGR (5) entre le moyen de refroidissement (4) et la canalisation (7) des gaz d'échappement de la sortie (S) du moteur (M). La vanne de décharge (V3) coopérant avec la vanne d'admission (V1) et la vanne de retour (V2), permet de réguler le flux des gaz recyclés traversant le conduit EGR (5) en direction de l'admission (A) du moteur (M) et de la ligne d'échappement (G). Ces moyens de commande comprennent, par exemple, tout calculateur approprié, pour contrôler le flux des gaz dans le circuit EGR. Ces moyens de commande des vannes (VI, V2, V3) peuvent éventuellement être couplés avec et/ou activables par un moyen de contrôle Chacune des vannes (VI, V2, V3) et, notamment, leur ouverture et leur fermeture, s'opèrent par l'intermédiaire des moyens de commande non représentés sur la figure 1. non représenté sur la figure 1. Il s'agit, par exemple, d'un calculateur supplémentaire ou de tout autre équipement ou outil, comme ceux mentionnés ci-dessus, présents à l'admission (A) et/ou à la sortie (S) et/ou l'entrée (E) des gaz du moteur (M) et qui peuvent transmettre des ordres correspondants aux moyens de commande des vannes (V1, V2, V3) lorsque le moteur se trouve dans une zone de fonctionnement prédéterminée. Il s'agit, à titre d'exemple, du fonctionnement après le démarrage, à froid, à pleine charge, en phase de décrassage, en phase de décharge etc. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen de contrôle peut avantageusement consister en un calculateur doté d'une unité de traitement CPU (Computer Processing Unit), recevant via des différents analyseurs des gaz à l'admission (A) et à la sortie (S) du moteur (M), capteurs des données de température, pression, couple (vitesse de rotation), kilométrage parcouru par le véhicule depuis sa mise en circulation, kilométrage parcouru par le véhicule depuis sa dernière révision, temps passé dans une zone déterminée de vitesse de véhicule, de régime et de charge du moteur, qualité du carburant, présence des additifs et autres paramètres permettant d'estimer s'il est nécessaire de nettoyer le circuit EGR, de faire varier la température du liquide de refroidissement et/ou la pression en amont de la turbine (T) et, le cas échéant, de donner des ordres correspondants aux moyens de commande des vannes (VI, V2, V3).

Les moyens de contrôle et/ou de commande sont également pourvus, en fonction de la configuration de chaque circuit EGR donné, pour faire varier le débit des gaz brûlés via les conduits EGR, notamment au cours de la phase de décrassage, voire arrêter le recyclage des gaz d'échappement au terme d'un certain laps de temps prédéterminé ou non. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est décrit ci-après. Le fonctionnement du dispositif commence par une identification de la phase d'activation du circuit EGR. Cette identification est réalisée par l'intermédiaire d'un moyen de contrôle qui détecte un dépassement de certaines valeurs seuils prédéterminées évoquées précédemment, concernant par exemple, la perte de charge, le kilométrage parcouru par le véhicule, le nombre d'heures de fonctionnement du moteur etc. Une fois ces informations traitées et comparées avec d'autres paramètres pertinents délivrés par les moyens de mesures, disposés par exemple, à l'entrée (E) et à la sortie (S) des gaz du moteur (M), pour optimiser le moment de l'activation du circuit EGR, l'étape d'identification prend fin. Les ordres sont alors émis par le moyen de contrôle aux moyens de commandes des vannes du circuit EGR afin de piloter leurs ouverture et fermeture respectives en fonction des besoins du moteur (M).

Plusieurs situations sont alors envisageables. Mode de fonctionnement avec un circuit EGR désactivé Dans ce mode de fonctionnement, l'identification de la phase d'activation du circuit EGR aboutit au maintien de la vanne d'admission (V1) et de la vanne de retour (V2) en position fermée . Les gaz brûlés ne peuvent pas recirculer dans le circuit EGR. Dans une autre variante de l'invention, quand le conduit EGR (5) est muni d'une vanne de décharge (V3), cette dernière coopère avec la vanne d'admission (V1) de manière à maintenir le circuit EGR désactivé. La coopération entre ces deux vannes (V1, V3) s'effectue par les moyens de commandes et/ou le moyen de contrôle. Ainsi, par exemple, la vanne de décharge (V3) peut rester fermée lorsque la vanne d'admission (V1) est ouverte et vis versa. De même, les deux vannes (VI, V3) peuvent rester fermées. Mode de fonctionnement avec un circuit EGR activé lors de la phase de dépollution Dans ce mode de fonctionnement, l'identification de la phase d'activation du circuit EGR aboutit à l'ouverture par les moyens de commande de la vanne d'admission (V1). La vanne de retour (V2) est maintenue fermée. II en résulte que le conduit EGR (5) achemine les gaz brûlés recyclés entre la sortie (S) et l'entrée (E) des gaz du moteur (M). Le conduit de retour (6) est isolé du conduit EGR (5) par la vanne de retour (V2) en position fermée . La vanne (VI) en position ouverte permet aux gaz EGR d'être réaspirés à l'admission (A) pour diminuer les émissions de NON. Dans une autre variante de l'invention, la régulation du taux de gaz EGR souhaité à l'admission (A) du moteur (M) s'opère par le moyen de contrôle et/ou les moyens de commandes à l'aide de la vanne d'admission (V1) qui joue alors le rôle de la vanne de recirculation dite vanne EGR classique. Dans une autre variante de l'invention, la vanne d'admission (VI) reste constamment ouverte et la régulation du flux dans le circuit EGR comprenant le conduit EGR (5) et le conduit de retour (6) s'opère par le moyen de contrôle et/oules moyens de commandes à l'aide de la vanne de retour (V2). Cela permet de réguler la quantité des gaz brûlés à l'admission (A) par le débit de fuite contrôlé via la vanne de retour (V2) vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). Cette variante est particulièrement avantageuse par exemple lorsque le moteur se trouve dans une zone de fonctionnement prédéterminée qui ne nécessite pas une suralimentation, c'est-à-dire, une pression en amont de la turbine (T) importante (fonctionnement à froid ou après démarrage). Cette configuration permet notamment de faire transiter la quasi-totalité des gaz d'échappement via le conduit EGR (5). Une partie de ces gaz fuit ensuite via la vanne de retour (V2) et le conduit de retour (6) vers la ligne d'échappement en aval de la turbine (T). La quantité de gaz d'échappement arrivant à l'admission (A) du moteur (M) ne varie donc pas. Le transit de la quasi-totalité des gaz d'échappement via le conduit EGR (5) reste donc sans conséquences pour le taux des gaz EGR recyclés dans le moteur (M) et, notamment pour la stabilité de combustion dans les cylindres. Le transit de la quasi-totalité des gaz d'échappement via le conduit EGR (5) réduit les pertes thermiques du moteur (M) en produisant avantageusement un rapide et important apport en calories à l'échangeur de chaleur (4) du conduit EGR (5). Un liquide de refroidissement circulant à travers l'échangeur de chaleur (4) du conduit EGR (5) achemine ces calories au moteur (M). Par conséquent, la température de fonctionnement du moteur (M) augmente rapidement. Cela contribue avantageusement à la réduction des émissions polluantes du moteur (M). Dans une autre variante de l'invention, quand le conduit EGR (5) est muni d'une vanne de décharge (V3), cette dernière coopère avec la vanne d'admission (V1) et la vanne de retour (V2) de façon à maintenir la phase de dépollution. La coopération entre les trois vannes (V1, V2, V3) s'effectue par les moyens de commandes et/ou le moyen de contrôle. Ainsi, par exemple, la vanne d'admission (V1) peut rester constamment ouverte lorsque la vanne de décharge (V3) régule le taux de gaz EGR souhaité à l'admission (A) du moteur (M) et vis versa. La vanne de retour (V2) peut rester soit fermée, soit participer à la régulation du flux de gaz EGR à l'admission (A) du moteur par le débit de fuite via la vanne de retour (V2) vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). Mode de fonctionnement avec un circuit EGR activé lors de la phase 25 de décrassaqe Dans ce mode de fonctionnement, l'identification de la phase d'activation du circuit EGR aboutit à la fermeture de la vanne d'admission (V1) pour empêcher toute recirculation des gaz EGR à l'admission (A) du moteur (M), et par l'ouverture de la vanne (V2) pour diriger le flux des gaz 30 passant par le conduit EGR (5) directement vers la ligne d'échappement (G) via le conduit de retour (6) en aval de la turbine (T). Cela permet de nettoyer le conduit EGR (5) au plus vite et le plus efficacement possible lorsque le turbocompresseur (TC) n'a pas besoin d'une pression importante en amont de la turbine (T). Dès que la demande en pression en amont de la turbine (T) augmente, la vanne de retour (V2) se ferme progressivement pour satisfaire le besoin du turbocompresseur (TC).

Dans une autre variante de l'invention, le moyen de contrôle et/ou les moyens de commande régulent respectivement le taux de fermeture de la vanne d'admission (VI) en coopération avec le taux d'ouverture de la vanne de retour (V2) de manière à permettre un recyclage total ou partiel des gaz d'échappement dans les cylindres du moteur (M) lors de la phase de décrassage. La régulation du flux de gaz dans le circuit EGR s'opère à l'aide de débits de fuites contrôlés via la vanne d'admission (V1) et la vanne de retour (V2) respectivement vers l'admission (A) du moteur (M) et vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). Ce régime intermédiaire du fonctionnement peut être avantageux, par exemple, lors de la transition de la phase de dépollution vers la phase de décrassage pour éviter une brusque contrainte du système d'échappement par les gaz EGR sous pression. Dans une autre variante de l'invention, quand le conduit EGR (5) est muni d'une vanne de décharge (V3), cette dernière coopère avec la vanne d'admission (V1) et la vanne de retour (V2) de manière à maintenir la phase de décrassage. La coopération entre les trois vannes (V1, V2, V3) s'effectue par les moyens de commandes et/ou le moyen de contrôle. Ainsi, par exemple, le moyen de contrôle déclenche avec la fermeture de la vanne d'admission (V1) une ouverture de la vanne de décharge (V3). Cela permet de nettoyer le conduit EGR (5) au plus vite et le plus efficacement possible lorsque le turbocompresseur (TC) n'a pas besoin d'une pression importante en amont de la turbine (T). La régulation du flux des gaz brûlés vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T) s'opère à l'aide de la vanne de décharge (V3), la vanne de retour (V2) restant constamment ouverte. Lorsque la demande en pression en amont de la turbine (T) augmente, la vanne de décharge (V3) se ferme progressivement pour satisfaire le besoin du turbocompresseur (TC), la vanne de retour (V2) restant constamment ouverte.

Mode de fonctionnement avec un circuit EGR activé lors de la phase de décharge ( waste gate ) Ce mode de fonctionnement se produit lorsque les moyens de mesure détectent la pression en amont de la turbine (T) trop importante par rapport au besoin du turbocompresseur (TC). Pour palier à cet inconvénient, le moyen de contrôle déclenche l'ouverture de la vanne de retour (V2) rejetant une partie des gaz d'échappement puisés en amont de la turbine (T) via le conduit EGR (5) et le conduit de retour (6) vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). Le dispositif selon l'invention permet ainsi io d'utiliser la vanne de retour (V2) comme une soupape de sécurité ou waste gate . Dans une autre variante de l'invention, quand le conduit EGR (5) est muni d'une vanne de décharge (V3), la vanne de décharge (V3) coopère avec la vanne de retour (V2) de manière à permettre leurs ouvertures 15 respectives. Dans cette configuration, ce sont donc ces deux vannes coopérantes (V2, V3) qui jouent ensemble le rôle d'une soupape de sécurité ou de waste gate en rejetant une partie des gaz d'échappement puisés en amont de la turbine (T) via le conduit EGR (5) et le conduit de retour (6) vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). 20 Les modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent réaliser le ou plusieurs des avantages suivants : • Le décrassage du dispositif selon l'invention est possible lors du fonctionnement de moteur (M). • Ce décrassage concerne le circuit EGR dans sa totalité et notamment 25 l'échangeur de chaleur (4). • Son décrassage se fait à la fois par une action mécanique (décollage des poussières par un souffle chaud des gaz d'échappement sous pression) et par une action thermique (pyrolyse ou oxydation des suies et des hydrocarbures adhésifs par la thermique propre aux gaz 30 d'échappement sortant des cylindres en quantités importantes) qui ne nécessitent aucune consommation électrique supplémentaire. • L'évacuation des dépôts nettoyés directement vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T), sans les faire transiter nécessairement par l'admission (A) du moteur (M), est permise. La stabilité de combustion n'est donc pas nécessairement perturbée lors de la phase de décrassage. • L'évacuation des dépôts nettoyés via l'admission (A) du moteur (5) reste néanmoins permise. • La présence d'au moins deux vannes, à savoir la vanne d'admission (V1) et la vanne de retour (V2), dans le circuit EGR rend la gestion du flux des gaz brûlés plus souple. Par exemple, la vanne de retour (V2) peut être utilisée comme une soupape de sécurité ou waste gate pour rejeter une partie des gaz d'échappement puisés en amont de la turbine (T) via le conduit EGR (5) et le conduit de retour (6) vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). De même, en régulant un débit de fuite via la vanne de retour (V2) vers la ligne d'échappement, il est possible de faire transiter une quasi-totalité des gaz d'échappement via le conduit EGR (5) muni d'un échangeur de chaleur (4), sans que cela perturbe la combustion dans les cylindres. Cela réduit les pertes thermiques du moteur (M) lors du fonctionnement à froid ou après démarrage en produisant un rapide et important apport en calories au liquide de refroidissement du moteur (M) circulant dans l'échangeur de chaleur (4) du conduit EGR (5). L'augmentation rapide de la température de fonctionnement du moteur (M) qui en résulte, contribue à la réduction des émissions polluantes. Ces exemples montrent que le dispositif selon l'invention permet d'activer le circuit EGR avec des objectifs de fonctionnement qui ne se limitent pas à la seule fonction de dépollution (réduction des émissions des oxydes d'azote NOx) ou de décrassage par pyrolyse ou oxydation.

Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. Notamment, le moyen de contrôle, les moyens de commande, le moteur (M) et le dispositif de recirculation EGR selon l'invention, sont naturellement implantables dans un véhicule motorisé et permettent d'optimiser les performances du moteur (M) lors de différentes phases de fonctionnement du moteur (M). De même, des moyens complémentaires, tels que par exemple, des moyens de traitement des gaz brûlés comprenant notamment un piège à particules catalysé ou non, un catalyseur etc. peuvent être disposés dans n'importe quel endroit du circuit EGR (5, 6).

De même, le vannage du conduit EGR (5) ainsi que du conduit de retour (6), réalisé et décrit ici par deux vannes, à savoir, la vanne d'admission (V1) et la vanne de retour (V2) respectivement, peut être réalisé dans une autre variante de l'invention en une seule et même vanne "3 voies". Cette dernière permet de faire passer et d'orienter les flux des gaz brûlés vers l'admission (A) du moteur ou vers le conduit de retour (6). La vanne 3 voies peut être du type pilotable par les moyens de commande et/ou le moyen de contrôle. Enfin, le moyen de contrôle est agencé de manière à pouvoir couper ou rétablir la circulation du liquide de refroidissement à travers l'échangeur de chaleur (4) du conduit EGR (5) en fonction des besoins du moteur (M). Cela permet d'optimiser la gestion du flux de chaleur de l'échangeur de chaleur (4) vers le moteur (M). Par exemple, le maintien de la circulation du liquide de refroidissement du moteur (M) dans l'échangeur de chaleur (4) du conduit EGR (5) pendant la phase de dépollution du circuit EGR lors du fonctionnement à froid ou après démarrage, permet d'augmenter plus rapidement la température du liquide de refroidissement du moteur (M), ce qui contribue à la réduction des émissions polluantes. La coupure de la circulation du liquide de refroidissement du moteur (M) dans l'échangeur de chaleur (4) du conduit EGR (5) pendant les phases de décrassage permet, à la fois, d'éviter une montée en température excessive du liquide de refroidissement lors des phases de pleine charge, et d'utiliser au mieux la thermique des gaz brûlés produisant la pyrolyse ou oxydation du circuit EGR plus rapidement. i0 15 20 25 30

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de recirculation contrôlé des gaz brûlés dans un circuit EGR (Exhaust Gas Recirculation) à haute pression pour moteur (M) à combustion interne, comportant un conduit EGR (5) pour acheminer les gaz brûlés entre la sortie (S) et l'entrée (E) des gaz du moteur (M) à l'admission (A), raccordé en dérivation à l'admission (A) du moteur (M) par l'intermédiaire d'une vanne d'admission (V1) disposée sur le conduit EGR (5) à proximité du point de raccordement à l'admission (A) du moteur (M) et, de l'autre côté, sur la canalisation (7) des gaz d'échappement de la sortie (S) du moteur (M) en amont de la turbine (T) de turbocompresseur (TC), des moyens de commande de l'ouverture et de la fermeture de la vanne d'admission (V1) pour réguler le flux des gaz brûlés dans le conduit EGR (5), éventuellement activables par un moyen de contrôle, un moyen de refroidissement (4) des gaz brûlés coopérant avec le conduit EGR (5) en amont de la vanne d'admission (VI) en sens de la direction d'écoulement des gaz brûlés dans le conduit EGR (5), caractérisé en ce que le conduit EGR (5) comporte un conduit de retour (6) raccordé en dérivation entre la vanne d'admission (VI) et le moyen de refroidissement (4) au conduit EGR (5) par l'intermédiaire d'une vanne de retour (V2) disposée sur le conduit de retour (6) et, de l'autre côté, à la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T) de turbocompresseur (TC), les moyens de commande étant agencés pour activer : • l'ouverture de la vanne d'admission (VI) et la fermeture de la vanne de retour (V2) lors des phases de dépollution, et • l'ouverture de la vanne de retour (V2) et la fermeture de la vanne d'admission (V1) lors des phases de décrassage du circuit EGR, et • la fermeture de la vanne d'admission (V1) et de la vanne de retour (V2) si le circuit EGR est désactivé.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour activer la fermeture de la vanne d'admission (V1) et l'ouverture de la vanne de retour (V2) lors des phases de décharge ( waste gate ) au moment prédéterminé quand la pression en amont de la turbine (T) devient trop importante par rapport au besoin du turbocompresseur (TC).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour activer la fermeture progressive de la vanne de retour (V2) lors de la phase de décrassage dès que la io demande en pression en amont de la turbine (T) augmente au-dessus d'un seuil prédéterminé pour satisfaire le besoin du turbocompresseur (TC).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour réguler : • le flux des gaz brûlés recyclés dans le moteur (M) à l'aide de la vanne d'admission (V1) lors des phases de dépollution en fonction de besoins du moteur (M) pour maintenir la stabilité de combustion dans les cylindres, et • le flux des gaz brûlés vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T) de turbocompresseur (TC) à l'aide de la vanne de retour (V2) lors des phases de décrassage. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour réguler le flux des gaz brûlés recyclés dans le moteur (M) lors des phases de dépollution par le débit de fuite contrôlé via la vanne de retour (V2) vers la ligne 25 d'échappement (G) en aval de la turbine (T) de turbocompresseur (TC), la vanne d'admission (V1) restant ouverte. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour réguler respectivement le taux de fermeture de la vanne d'admission (V1) en coopération avec le taux 30 d'ouverture de la vanne de retour (V2) lors des phases de décrassage, de 15 20manière à réguler le flux des gaz dans le circuit EGR à l'aide de débits de fuites contrôlés via la vanne d'admission (VI) et la vanne de retour (V2) respectivement vers l'admission (A) du moteur (M) et vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T). s 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de contrôle est agencé pour : • couper la circulation du liquide de refroidissement du moteur (M) dans le moyen de refroidissement (4) du conduit EGR (5) lors des phases de dépollution dès que la température du 10 liquide de refroidissement atteint une valeur prédéterminée. • couper la circulation du liquide de refroidissement du moteur (M) dans le moyen de refroidissement (4) du conduit EGR (5) lors des phases de décrassage dès que la température du liquide de refroidissement atteint une valeur prédéterminée. 15 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de contrôle comprend des moyens de mesure des données représentatives de l'état de fonctionnement du moteur (M) choisis parmi un ou plusieurs des éléments suivants : (a) moyens de mesure de température de fonctionnement de moteur (M) ; (b) moyens de mesure de température 20 des gaz en amont du moyen de refroidissement (4) du conduit EGR (5) ; (c) moyens de mesure de température des gaz en aval du moyen de refroidissement (4) du conduit EGR (5) ; (d) moyens de mesure de pression en amont de la turbine (T) de turbocompresseur (TC) ; (e) moyens de mesure de perte de charge dans le circuit EGR ; (f) moyens de mesure 25 relatifs au régime du moteur (M) ; (g) moyens de mesure relatifs à la charge du moteur (M) ; (h) moyens de mesure relatifs aux conditions de roulage du véhicule ; (i) moyens de mesure de la qualité du carburant ; (j) moyens analyseur des gaz à l'admission (A) du moteur (M) ; (k) moyens analyseur des gaz brûlés à la sortie (S) du moteur (M). 30 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le conduit EGR (5) comporte une vanne de décharge (V3) disposée 20 25 30entre la canalisation (7) des gaz d'échappement de la sortie (S) du moteur (M) et le moyen de refroidissement (4) du conduit EGR (5), les moyens de commande étant agencés pour assurer la coopération de la vanne de décharge (V3) avec la vanne d'admission (VI) et la vanne de retour (V2) en produisant : • l'ouverture de la vanne de retour (V2) et de la vanne de décharge (V3) lors des phases de décrassage et lors des phases de décharge ( waste gate ), et • la fermeture de la vanne de retour (V2) et d'au moins, une i0 vanne parmi la vanne d'admission (V1) et la vanne de décharge (V3) si le circuit EGR est désactivé, et • l'ouverture de la vanne d'admission (V1) et de la vanne de décharge (V3) lors des phases de dépollution. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les 15 moyens de commande sont agencés pour assurer la coopération de la vanne de décharge (V3) avec la vanne d'admission (V1) en produisant • la régulation du flux des gaz brûlés recyclés à l'admission (A) souhaité par le moteur (M) pour maintenir la stabilité de combustion par l'intermédiaire de la vanne de décharge (V3) lors des phases de dépollution, la vanne d'admission (V1) restant ouverte, et • la régulation du flux des gaz brûlés vers la ligne d'échappement (G) en aval de la turbine (T) de turbocompresseur (TC) à l'aide de la vanne de décharge (V3) lors des phases de décrassage, la vanne de retour (V2) restant ouverte, et • la fermeture progressive de la vanne de décharge (V3) lors de la phase de décrassage dès que la demande en pression en amont de la turbine (T) augmente au-dessus d'un seuil prédéterminé pour satisfaire le besoin du turbocompresseur, la vanne de retour (V2) restant ouverte.