FR2933746A3 - Circuit de recirculation des gaz d'echappement (egr) dit basse pression avec vannage a l'admission du moteur a combustion interne et recuperation de la chaleur dans la ligne d'echappement - Google Patents

Circuit de recirculation des gaz d'echappement (egr) dit basse pression avec vannage a l'admission du moteur a combustion interne et recuperation de la chaleur dans la ligne d'echappement Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement comprenant un système de recyclage (30) en sortie duquel est disposée une vanne (40) et permettant, selon les modes de fonctionnement du moteur, de faire circuler : - tout ou partie des gaz d'échappement refroidis ou non par un échangeur thermique (50) depuis le système de recyclage (30) vers l'admission lorsque la vanne (40) est en position d'obturation d'un des conduits (D1, D2) débouchant sur l'échangeur (50) et une vanne d'admission (70) en sortie de l'échangeur (50) en position d'ouverture ; et - tous les gaz d'échappement vers l'aval sur la ligne d'échappement, après leur passage dans l'échangeur (50) lorsque la vanne (40) est en position d'obturation du conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) et la vanne (70) en position d'obturation du conduit de sortie (E) de l'échangeur (50) pour améliorer la montée en température de l'habitacle du véhicule.

Description

Circuit de recirculation des qaz d'échappement (EGR) dit basse pression avec vannaqe à l'admission du moteur à combustion interne et récupération de la chaleur dans la liqne d'échappement.
La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion internes des véhicules automobiles, et propose en particulier un circuit de recirculation des gaz d'échappement (en anglais, EGR Exhaust Gas Recirculation) dits basse pression avec vannage à l'admission du moteur à combustion interne et récupération de la chaleur dans la ligne lo d'échappement. Actuellement, un premier problème concerne le besoin en chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne de type diesel ou de type essence à injection directe ou indirecte. En effet, l'amélioration du rendement des moteurs à combustion interne et la Is diminution des frottements entraînent une diminution de la dissipation de la chaleur du liquide de refroidissement lors de la montée en température du moteur. Ceci a pour conséquence de ralentir la montée en température de l'habitacle mais aussi d'entraîner une différence importante entre la consommation à chaud et la consommation en phase de montée en 20 température, on parle alors de surconsommation à froid. C'est à basse température et pour atteindre le confort thermique au sein de l'habitacle le plus rapidement possible qu'il est nécessaire de disposer de calories supplémentaires dissipées au sein du circuit de refroidissement du moteur. Ces calories supplémentaires sont ensuite dissipées au sein de l'habitacle 25 via un échangeur thermique de type eau/air entrant dans l'habitacle, appelé aérotherme. II est donc nécessaire de disposer d'un moyen de chauffage de l'habitacle performant sans augmenter la consommation du véhicule automobile. En outre, l'amélioration des rendements entraîne un ralentissement de 30 la montée en température du moteur. II serait donc intéressant de pouvoir bénéficier d'une source chaude au sein du circuit de refroidissement du moteur intégrant un échangeur thermique de type eau/huile du rnoteur et une boîte de vitesse mécanique ou automatique afin d'améliorer la montée en température de l'huile du moteur et de la boîte de vitesse et par conséquent, de diminuer la consommation pendant la phase dite de montée en température. Un deuxième problème concerne la diminution des émissions polluantes, notamment les oxydes d'azote (NOx), émises par les gaz d'échappement des véhicules automobiles. Dans le cadre de la diminution de ces émissions polluantes sur un moteur à combustion interne de type diesel io ou essence, les motoristes proposent de faire recirculer les gaz d'échappement en utilisant un circuit de recirculation des gaz d'échappement dont le principe consiste à prélever une partie des gaz d'échappement pour les réintroduire à l'admission. Pour ce faire, il existe un dispositif de recirculation des gaz d'échappement dit HP (Haute Pression) pour des is moteurs à combustion interne qui consiste à prélever les gaz d'échappement en amont de la turbine d'un turbocompresseur pour les réinjecter en aval du compresseur du turbocompresseur. Le recyclage des gaz d'échappement pour un tel dispositif s'effectue entre le turbocompresseur et le moteur à combustion interne. II existe également un dispositif de recirculation des gaz 20 d'échappement dit BP (Basse Pression) qui consiste à prélever les gaz d'échappement après la turbine pour les réinjecter avant le compresseur. Afin d'éviter une usure prématurée du compresseur, un tel dispositif nécessite la mise en place d'un filtre à particules en amont du prélèvement, permettant de recycler des gaz d'échappement exempts de particules. 25 Actuellement, il existe une solution pour améliorer la montée en température du moteur et de l'habitacle, cette solution consiste à utiliser rationnellement des calories dissipées par le groupe motopropulseur. Ces calories sont dites gratuites car elles n'augmentent pas en théorie la consommation du véhicule automobile. 30 Une autre solution réside dans la récupération des calories à l'échappement qui sont habituellement dissipées vers l'air extérieur. Cette solution consiste à utiliser un échangeur placé sur la ligne d'échappement en aval du filtre à particules pour les moteurs à combustion interne de type diesel à injection directe et en amont ou en aval du piège à NOx pour les moteurs à allumage par compression. Le document FR 2 854 103 propose un procédé de chauffage d'un s habitacle d'un véhicule automobile au moyen d'un circuit de circulation d'un fluide caloporteur de refroidissement d'un moteur thermique et comportant un aérotherme et un échangeur thermique disposé dans une ligne d'échappement munie d'un ensemble de dépollution. Les gaz d'échappement sont orientés vers l'échangeur ou vers un conduit de to dérivation, en aval de l'ensemble de dépollution, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur thermique et/ou de la température extérieure et/ou de la température de chauffage demandée dans l'habitacle du véhicule. Le document FR 2 783 279 propose un dispositif de dépollution des gaz d'échappement et de chauffage pour un véhicule automobile à moteur à 15 combustion interne. Le moteur à combustion interne cornprend une ligne d'échappement comportant un catalyseur d'amorçage et un catalyseur principal équipés de réchauffeurs et un circuit de refroidissement comportant un aérotherme. Un échangeur thermique est disposé entre la ligne d'échappement et le circuit de refroidissement. Les réchauffeurs et 20 l'échangeur sont commandés en fonction de phases de fonctionnement du moteur pour obtenir aux entrées des catalyseurs et de l'aérotherme des températures situées dans les plages d'efficacité de ces organes. Ces documents concernent un système de chauffage d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant un échangeur thermique de type gaz 25 d'échappement/liquide de refroidissement placé en aval des systèmes de post-traitement, c'est-à-dire des filtres à particules. Le document FR 2 876 416 décrit un moteur à combustion interne comportant des chambres de combustion et un ensemble turbocompresseur comportant une turbine et un compresseur entraîné à rotation par ladite 30 turbine. Celle-ci est alimentée en gaz brûlés et une sortie en gaz brûlés alimente sélectivement en gaz brûlés, par l'intermédiaire d'un ensemble pneumatique de liaison basse pression, une entrée de gaz à comprimer dudit compresseur. Le compresseur comporte une sortie d'alimentation en gaz brûlés de l'une au moins des chambres de combustion. L'ensemble basse pression permet le transit de gaz brûlés vers le compresseur, en passant soit par un échangeur thermique soit par une conduite de dérivation, et contrôle, à l'aide d'au moins une vanne proportionnelle, la proportion de gaz brûlés passant par l'échangeur thermique et la proportion de gaz brûlés passant par la conduite de dérivation. Le document FR 2 883 039 propose un moteur à combustion interne qui comprend d'une part, en aval d'une chambre de combustion, une ligne lo d'échappement qui se divise en deux conduites dans lesquelles circulent deux flux de gaz brûlés. Une conduite d'échappement débouche vers l'extérieur et une conduite de recirculation basse pression est raccordée à une ligne d'admission d'air située en amont de la chambre de combustion. D'autre part, des moyens de régulation permettent d'obstruer ladite conduite is d'échappement et de réguler le débit du flux de gaz brûlés circulant dans la conduite de recirculation basse pression. Le document FR 2 885 178 décrit un groupe motopropulseur de véhicule automobile comportant un tuyau d'échappement, un circuit de recirculation des gaz d'échappement et un circuit de nettoyage d'un tronçon 20 du circuit de recirculation. Le circuit de nettoyage du tronçon du circuit de recirculation à nettoyer comporte un point d'entrée, un point de sortie, et un tronçon amont reliant une sortie de gaz d'échappement et le point d'entrée, ainsi qu'un tronçon aval reliant le point de sortie et le tuyau d'échappement et des moyens de commande de façon à faire circuler les gaz d"échappement 25 dans le circuit de nettoyage et de les évacuer dans le tuyau d'échappement. En outre, le document EP 1 672 208 décrit un système EGR comprenant une conduite d'admission reliée par une conduite d'alimentation basse pression à un compresseur d'un turbocompresseur qui est relié par une conduite d'alimentation haute pression au moteur de type diesel. Une 30 ligne de gaz d'échappement basse pression mène à partir d'une turbine du turbocompresseur à un orifice d'échappement. La ligne de gaz d'échappement basse pression et la conduite d'alimentation basse pression sont reliées à une ligne de recirculation basse pression. La ligne de recirculation comprend une pompe électrique basse pression dont le volume est ajusté de façon à ce qu'un volume défini de gaz d'échappement soit transporté de la ligne de gaz d'échappement basse pression à la conduite d'alimentation basse pression. Ainsi, les documents FR 2 876 416, FR 2 883 039, FR 2 885 178, EP 1 672 208 présentent seulement des solutions de diminution des émissions polluantes (NOx notamment) via l'utilisation d'un circuit EGR basse pression et d'un circuit EGR haute pression avec présence ou non d'une vanne trois voies sur la ligne d'échappement et un circuit de gaz d'échappement dédié au décrassage de l'échangeur thermique de type gaz d'échappement recirculés basse pression/liquide de refroidissement. La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur et propose un circuit de recirculation des gaz d'échappement dits basse pression permettant d'assurer le chauffage de l'habitacle du véhicule automobile en récupérant des calories dites gratuites tout en conservant les avantages d'un circuit EGR basse pression en termes de diminution d'émissions polluantes. Pour atteindre ce but, le circuit de recirculation des gaz d'échappement dits basse pression comprenant un turbocompresseur ayant une turbine disposée dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et un compresseur disposé dans la ligne d'admission dudit moteur, ladite turbine récupérant les gaz d'échappement d'un collecteur d'échappement pour les orienter par la ligne d'échappement vers un système de recyclage des gaz d'échappement en sortie duquel est disposée une vanne, est caractérisé en ce que la vanne est disposée dans la conduit de sortie du système de recyclage, le conduit de sortie se terminant par une bride d'échappement reliant le conduit de sortie du systèrne de recyclage à l'aval de la ligne d'échappement du moteur, et la vanne comporte un volet d'obturation permettant d'orienter tout ou partie du débit des gaz d'échappement recyclés et issus du système de recyclage soit dans un conduit débouchant dans la calandre ou enveloppe dans laquelle circule un liquide de refroidissement d'un échangeur thermique soit dans un autre conduit débouchant dans la section tubulaire de refroidissement de l'échangeur thermique, un filtre étant disposé en sortie de l'échangeur thermique qui débouche sur une vanne à trois voies disposée dans la ligne d'admission du moteur à combustion interne en amont du compresseur, la vanne à trois voies recevant par un conduit d'amenée de l'air frais et par un conduit de sortie de l'échangeur thermique tout ou partie des gaz d'échappement recirculés, refroidis ou non par l'échangeur thermique et filtrés par le filtre, la vanne à trois voies comportant un premier papillon lo permettant de contrôler voire d'arrêter le débit de l'air frais issu du conduit d'amenée d'air frais et un deuxième papillon permettant de contrôler voire d'arrêter le débit de tout ou partie des gaz d'échappement recirculés issus du conduit de sortie de l'échangeur thermique. Selon une autre particularité, le volet d'obturation de la vanne est ts monté pivotant dans le conduit de sortie du système de recyclage pour prendre trois positions selon les points et les modes de fonctionnement du moteur : - une première position pour obturer l'entrée du conduit débouchant dans la calandre de l'échangeur thermique et autoriser ou forcer le passage 20 de tout ou partie des gaz d'échappement recyclés dans l'autre conduit débouchant dans la section tubulaire de l'échangeur thermique ; - une deuxième position pour obturer le conduit de sortie du système de recyclage et forcer le passage de tous les gaz d'échappement recyclés dans le conduit débouchant dans la calandre de l'échangeur thermique sans 25 obturer le conduit débouchant dans la section tubulaire de l'échangeur thermique et par lequel les gaz d'échappement ressortent ; - une troisième position pour obturer l'entrée du conduit débouchant dans la section tubulaire de l'échangeur thermique et forcer le passage de tout ou partie des gaz d'échappement recyclés dans le conduit débouchant 30 dans la calandre de l'échangeur thermique. Selon une autre particularité, le volet d'obturation est adapté aux diamètres des conduits qui l'obturent et est actionné de façon pneumatique ou électrique par un actionneur pour pivoter, par pas de 90'', d'un angle sensiblement égal au maximum à 180° autour d'un axe de rotation fixé à la paroi latérale du conduit de sortie du système de recyclage et entre les conduits sensiblement parallèles entre eux et perpendiculaires au conduit de sortie du système de recyclage. Selon une autre particularité, la bride d'échappement, reliant le conduit de sortie du système de recyclage à l'aval de la ligne d'échappement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, est positionnée en aval de la jonction du conduit de sortie avec les conduits débouchant sur to l'échangeur thermique pour permettre d'une part, d'orienter vers l'extérieur la partie des gaz d'échappement non recirculés vers la ligne d'admission et d'autre part, d'orienter vers l'extérieur tous les gaz d'échappements qui ont circulés dans l'échangeur thermique lorsque le volet d'obturation de la vanne est en position d'obturation du conduit de sortie du système de recyclage et 15 le papillon de la vanne à trois voies est en position d'obturation du conduit de sortie de l'échangeur thermique sur la ligne d'admission. Selon une autre particularité, le système de recyclage des gaz d'échappement comporte un catalyseur d'oxydation ou un catalyseur trois voies destiné à convertir le monoxyde de carbone et les hydrocarbures 20 imbrûlés présents dans les gaz d'échappement issus de la turbine en dioxyde de carbone et en eau, le catalyseur étant associé à au moins un piège à NOx destiné à détecter et à réduire les émissions d'oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement. Selon une autre particularité, le système de recyclage des gaz 25 d'échappement comporte un filtre à particules destiné à éliminer les fines particules contenues dans les gaz d'échappement, le filtre à particules étant disposé en aval du catalyseur et du piège à NOx par rapport au sens de déplacement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. Selon une autre particularité, l'échangeur thermique est constitué de 30 la section tubulaire disposée à l'intérieur de la calandre dans laquelle circule un liquide de refroidissement.
Un autre but est atteint en proposant une utilisation du circuit de recirculation des gaz d'échappement dits basse pression selon l'invention, caractérisée en ce qu'elle permet de faire circuler : - lorsque le moteur fonctionne à chaud, tout ou partie des gaz d'échappement refroidis par l'échangeur thermique depuis le système de recyclage des gaz d'échappement vers le compresseur du turbocompresseur en passant par la section tubulaire de refroidissement de l'échangeur thermique et le filtre lorsque le volet d'obturation de la vanne est en position d'obturation du conduit débouchant sur la calandre de l'échangeur thermique ~o et les papillons de la vanne à trois voies sont en position d'ouverture ; - lorsque le moteur à combustion interne fonctionne à des thermiques et des débits de gaz d'échappement recirculés compatibles d'utiliser des gaz d'échappement recirculés dits basse pression non refroidis, tout ou partie des gaz d'échappement non refroidis par l'échangeur thermique depuis le ls système de recyclage des gaz d'échappement vers le compresseur du turbocompresseur en passant par la calandre de l'échangeur thermique et le filtre lorsque le volet d'obturation de la vanne est en position d'obturation du conduit débouchant sur la section tubulaire de l'échangeur thermique et les papillons de la vanne à trois voies sont en position d'ouverture ; et 20 - lorsque le moteur à combustion interne fonctionne en montée de température, tous les gaz d'échappement vers l'aval sur la ligne d'échappement des gaz, après leur passage dans la calandre puis dans la section tubulaire de l'échangeur thermique lorsque le volet d'obturation de la vanne est en position d'obturation du conduit de sortie du système de 25 recyclage et le papillon de la vanne à trois voies est en position d'obturation du conduit de sortie de l'échangeur thermique sur la ligne d'admission pour améliorer la montée en température du moteur et de l'habitacle du véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, 30 détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs dans lesquelles : la figure 1 illustre un circuit de recirculation des gaz d'échappement selon un premier mode d'utilisation dans lequel les gaz d'échappement recirculés dits basse pression sont refroidis ; la figure 2 illustre un circuit de recirculation des gaz d'échappement selon un deuxième mode d'utilisation dans lequel les gaz d'échappement passent dans l'échangeur thermique pour chauffer le liquide de refroidissement ; et la figure 3 illustre un circuit de recirculation des gaz d'échappement selon un troisième mode d'utilisation dans lequel les gaz ~o d'échappement recirculés dits basse pression ne sont pas refroidis. En référence aux figures précédemment citées, l'invention concerne un circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement dits basse pression pour un moteur à combustion interne de type diesel ou essence permettant, selon les points de fonctionnement du moteur, de faire circuler des gaz 15 d'échappement depuis l'aval d'un filtre à particules (30c) ou d'un catalyseur à trois voies ou d'oxydation (30a) vers l'entrée d'un turbocompresseur (10) pour les moteurs suralimentés ou vers la ligne d'admission pour les moteurs atmosphériques et également vers l'aval sur la ligne d'échappement des gaz, notamment vers un dispositif silencieux, après chauffage du liquide de 20 refroidissement. Le circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement encore appelée EGR dits basse pression ( BP ) comprend un turbocompresseur (10) ayant une turbine (101) disposée dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et un compresseur (100) disposé dans la ligne 25 d'admission du même moteur à combustion interne. La turbine (101) reçoit d'un collecteur d'échappement (20) les gaz d'échappement chauds qui se déplacent dans un premier conduit (A), le collecteur d'échappement (20) récupérant les gaz d'échappement chauds en sortie des cylindres (non représentés) du moteur à combustion interne après 30 la combustion. Le premier conduit (A) relie le collecteur d'échappement (20) et la turbine (101). 2933746 io Le circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement comporte un système de recyclage (30) des gaz d'échappement relié par un deuxième conduit (B) à la turbine (101). Le système de recyclage (30) des gaz d'échappement comporte un 5 catalyseur d'oxydation ou un catalyseur trois voies (30a) destiné à convertir le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés présents dans les gaz d'échappement issus de la turbine (101) et se déplaçant dans le deuxième conduit (B) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau. Le catalyseur d'oxydation ou le catalyseur trois voies (30a) est associé à au moins un lo piège à NOx (30b) encore appelé NOx-trap destiné à détecter et à réduire les émissions d'oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement. Dans le cas d'un moteur à combustion interne de type diesel, le système de recyclage (30) des gaz d'échappement cornporte un filtre à particules (30c) destiné à éliminer les fines particules, réputées 15 cancérigènes, contenues dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne de type diesel. Ce filtre à particules (30c) est disposé en aval du catalyseur (30a) et du piège à NOx (30b) par rapport au sens de déplacement des gaz d'échappement dans le deuxième conduit (B). De façon avantageuse, les gaz d'échappement issus de la turbine 20 (101) et donc des cylindres du moteur à combustion interne sont recyclés par le système de recyclage (30) de façon à ce qu'ils soient exempts de particules polluantes. En outre, le circuit de recirculation (1) comporte une vanne (40) disposée dans un troisième conduit (C) en sortie du système de recyclage 25 (30) des gaz d'échappement. Le troisième conduit (C) se termine par une bride d'échappement (80) le reliant à l'aval de la ligne d'échappement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne vers l'extérieur, et notamment le reliant à un silencieux (non représenté) disposé à l'aval sur la ligne d'échappement du moteur à combustion interne. La vanne (40) reçoit 30 les gaz d'échappement recyclés du système de recyclage (30) et se déplaçant dans le troisième conduit (C). La vanne (40) permet d'orienter tout ou partie du débit des gaz d'échappement recyclés et issus du système de 2933746 Il recyclage (30) soit dans un quatrième conduit (D1) débouchant dans la calandre (501) d'un échangeur thermique (50) soit dans un cinquième conduit (D2) débouchant dans la section ou faisceau tubulaire (500) d'un échangeur thermique (50). 5 De manière non limitative, l'échangeur thermique (50) est constitué, d'une section ou d'un faisceau tubulaire (500) disposé(e) à l'intérieur d'une enveloppe appelée calandre (501). Un gaz circule à l'intérieur de la section tubulaire (500) et un fluide à l'intérieur de la calandre (501) autour de la section tubulaire (500). io De façon avantageuse, l'échangeur thermique (50) permet de transférer l'énergie thermique du fluide circulant dans la calandre (501) vers le gaz circulant dans la section tubulaire (500). En outre, de façon avantageuse, la position de l'échangeur thermique (50), c'est-à-dire en aval du moteur à combustion interne et en amont de 15 l'aérotherme, permet d'améliorer la montée en température du moteur à combustion interne et de l'habitacle du véhicule automobile muni d'un tel circuit de recirculation (1). Pour orienter tout ou partie du débit basse pression des gaz d'échappement recyclés soit dans le quatrième conduit (Dl) soit dans le 20 cinquième conduit (D2) amenant les gaz d'échappement dans des sections différentes de l'échangeur thermique (50), la vanne (40) comporte un volet d'obturation (400) adapté aux diamètres des troisième, quatrième et cinquième conduits (C, D1, D2). Il est à noter que les quatrième et cinquième conduits (Dl, D2), 25 sensiblement parallèles entre eux, sont sensiblement perpendiculaires au troisième conduit (C). Le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est actionné de façon pneumatique ou électrique par un actionneur (non représenté) de façon à ce que le volet d'obturation (400) puisse pivoter d'un angle sensiblement égal 3o au maximum à 180° autour d'un axe de rotation (A) fixé à la paroi latérale du troisième conduit (C) et entre les quatrième et cinquième conduits (Dl, D2) pour prendre trois positions.
La première position, illustrée à la figure 1, dans laquelle le volet d'obturation (400) est sensiblement perpendiculaire à la surface latérale du quatrième conduit (Dl) permet d'obturer l'entrée du quatrième conduit (Dl) pour autoriser ou forcer le passage de tout ou partie des gaz d'échappement recyclés dans le cinquième conduit (D2) vers la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50). Dans le cas où une partie seulernent des gaz d'échappement est orientée vers la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50), l'autre partie des gaz d'échappement s'oriente vers la bride d'échappement (80) pour être évacuée vers l'extérieur par la ligne d'échappement. La deuxième position du volet d'obturation (400) de la vanne (40), illustrée à la figure 2, correspond à une rotation sensiblement égale à 90° du volet d'obturation (400) de la vanne (40) par rapport à la première position du volet d'obturation (400) décrite précédemment. ts La deuxième position dans laquelle le volet d'obturation (400) est sensiblement perpendiculaire à la surface latérale du troisième conduit (C) permet d'obturer le troisième conduit (C) pour forcer le passage de tous les gaz d'échappement recyclés dans le quatrième conduit (Dl) vers la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) sans obturer le cinquième conduit (D2) 20 par lequel les gaz d'échappement ressortent pour s'orienter vers la bride d'échappement (80) afin d'être évacués vers l'extérieur. La troisième position du volet d'obturation (400) de la vanne (40), illustrée à la figure 3, correspond à une rotation sensiblement égale à 90° du volet d'obturation (400) de la vanne (40) par rapport à la deuxième position 25 du volet d'obturation (400) décrite précédemment et à une rotation sensiblement égale à 180° du volet d'obturation (400) de la vanne (40) par rapport à la première position du volet d'obturation (400) décrite précédemment. La troisième position dans laquelle le volet d'obturation (400) est 30 sensiblement perpendiculaire à la surface latérale du cinquième conduit (D2), permet d'obturer l'entrée du cinquième conduit (D2) pour forcer le passage de tout ou partie des gaz d'échappement recyclés dans le quatrième conduit (Dl) vers la calandre (501) de l'échangeur thermique (50). Dans le cas où une partie seulement des gaz d'échappement est orientée vers la calandre (501) de l'échangeur thermique (50), l'autre partie des gaz d'échappement s'oriente vers la bride d'échappement (80) pour être évacuée vers l'extérieur par la ligne d'échappement. Un filtre (60) puis une vanne à trois voies (70) sont disposés en sortie de l'échangeur thermique (50) de façon à ce que tout ou partie des gaz d'échappement recyclés, refroidis ou non et issus du filtre (60) débouche, selon les modes d'utilisation du circuit de recirculation (1) qui seront décrits par la suite, par un sixième conduit (E) sur la vanne à trois voies (70). Cette vanne à trois voies (70) disposée dans la ligne d'admission (G) du moteur à combustion interne reçoit, par un septième conduit (F), de l'air frais, appelé gaz d'admission et, par le sixième conduit (E), tout ou partie des gaz d'échappement recirculés, refroidis ou non par l'échangeur thermique (50) et filtrés par le filtre (60). Cette vanne à trois voies (70) comporte un premier papillon (700) permettant de contrôler voire d'arrêter le débit de l'air frais issu du septième conduit (F) et un deuxième papillon (701) permettant de contrôler voire d'arrêter le débit de tout ou partie des gaz d'échappement recirculés issus du sixième conduit (E). La vanne à trois voies (70) est reliée par un huitième conduit ou ligne d'admission (G) au compresseur (100) du turbocompresseur (10) qui reçoit soit l'air d'admission si le deuxième papillon (701) obture le sixième conduit (E) soit un mélange d'air d'admission et de gaz d'échappement recirculés si les premier et deuxième papillons (700, 701) sont en position d'ouverture de leurs conduits respectifs (F, IE).
De façon avantageuse, cette vanne à trois voies (70), encore appelée vannage à l'admission, permet de créer une dépression en amont du compresseur (100) et de forcer un débit de gaz d'échappement à remonter vers l'admission créant ainsi un débit basse pression des gaz d'échappement recirculés.
L'invention concerne également une utilisation du circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement dits basse pression, précédemment décrit, selon trois modes qui dépendent eux-mêmes des points de fonctionnement du moteur à combustion interne. En référence à la figure 1, le premier mode d'utilisation du circuit de recirculation (1) est réalisé lorsque le moteur à combustion interne fonctionne à chaud. Dans ce premier mode d'utilisation, le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du quatrième conduit (D1) (première position du volet d'obturation (400)) de façon à ce que tout ou partie des gaz d'échappement recyclés par le système de recyclage (30) puisse se déplacer dans le cinquième conduit (D2) vers la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50). Tout ou partie des gaz d'échappement recyclés est ainsi refroidi par l'échange thermique entre la section tubulaire (500) et un liquide de refroidissement présent dans la calandre (501) de l'échangeur thermique (50). Dans le cas où seulement une partie des gaz d'échappement est orientée vers la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50), l'autre partie des gaz d'échappement s'oriente vers la bride d'échappement (80) pour être évacuée vers l'extérieur par la ligne d'échappement. Dans ce premier mode d'utilisation, les papillons (700, 701) de la vanne à trois voies (70) sont en position d'ouverture de leurs conduits respectifs (F, E) de façon à ce qu'une quantité prédéfinie et contrôlée par l'ouverture du deuxième papillon (701) des gaz d'échappement précédemment refroidis par l'échangeur thermique (50) et après un passage à travers le filtre (60), soit orientée vers le compresseur (100) du turbocompresseur (10) et mélangée à une quantité prédéfinie et contrôlée par l'ouverture du premier papillon (700) d'air frais issu du septième conduit (F). De façon avantageuse, en mode de fonctionnement à chaud et selon le point de fonctionnement du moteur à combustion interne, le circuit de recirculation (1) selon ce premier mode d'utilisation permet d'alimenter le moteur avec des gaz plus ou moins chauds ou froids.
Par conséquent, dans ce premier mode d'utilisation, la vanne (400) permet de forcer tout ou partie des gaz d'échappement vers la ligne d'admission (G) du moteur et la vanne à trois voies (70) permet de gérer les quantités de gaz d'échappement dits basse pression recirculés vers la ligne d'admission (G) du moteur. En référence à la figure 2, le deuxième mode d'utilisation du circuit de recirculation (1) est réalisé lorsque le moteur à combustion interne fonctionne s en montée de température. Dans ce deuxième mode d'utilisation, le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du troisième conduit (C) (deuxième position du volet d'obturation (400)) de façon à ce que tout les gaz d'échappement recyclés par le système de recyclage (30) soient forcés à se déplacer dans le quatrième conduit (Dl) vers la calandre (501) to de l'échangeur thermique (50). En outre, dans ce deuxième mode d'utilisation, le deuxième papillon (701) de la vanne à trois voies (70) est en position d'obturation du sixième conduit (E) débouchant sur la ligne d'admission (G) du moteur de façon à interdire la remontée des gaz d'échappement vers la ligne d'admission (G) du moteur. De façon 15 avantageuse, tout les gaz d'échappement recyclés par le système de recyclage (30) sont forcés à se déplacer vers la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) puis à passer dans la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50) de façon à ce qu'ils soient refroidis pour ensuite être évacués par le cinquième conduit (D2) vers la bride d'échappement (80) 20 afin d'être évacués par la ligne d'échappement vers l'extérieur. De façon avantageuse, dans ce deuxième mode d'utilisation, le passage des gaz d'échappement chauds dans la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) contribue à augmenter la température d'eau du liquide de refroidissement de l'échangeur thermique (50) permettant 25 d'accélérer la montée en température du moteur de façon à améliorer son fonctionnement, à limiter ses émissions polluantes et sa consommation en carburant. En outre, le passage des gaz d'échappement chauds dans la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) contribue à mettre à disposition du système de chauffage de l'habitacle une quantité de chaleur qu'il ne serait 30 pas possible de disposer sur un circuit de recirculation dit basse pression conventionnel.
En référence à la figure 3, le troisième mode d'utilisation du circuit de recirculation (1) est réalisé lorsque le moteur à combustion interne fonctionne à des thermiques et des débits de gaz d'échappement recirculés compatibles d'utiliser des gaz d'échappement recirculés dits basse pression non refroidis, en particulier de la température maximale admissible à l'entrée du compresseur (100) du turbocompresseur (10). Dans ce troisième mode d'utilisation, le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du cinquième conduit (D2) (troisième position du volet d'obturation (400)) de façon à ce que tout ou partie des gaz d'échappement recyclés par le système de recyclage (30) puisse se déplacer dans le quatrième conduit (D1) vers la calandre (501) de l'échangeur thermique (50). Tout ou partie des gaz d'échappement recyclés n'est pas refroidi. Dans le cas où seulement une partie des gaz d'échappement est orientée vers la calandre (501) de l'échangeur thermique (50), l'autre partie des gaz d'échappement s'oriente vers la bride d'échappement (80) pour être évacuée vers l'extérieur par l'aval de la ligne d'échappement. Dans ce troisième mode d'utilisation, les papillons (700, 701) de la vanne à trois voies (70) sont en position d'ouverture de leurs conduits respectifs (F, E) de façon à ce qu'une quantité prédéfinie et contrôlée par l'ouverture du deuxième papillon (701) des gaz d'échappement non refroidis et après un passage à travers le filtre (60), soit orientée vers le compresseur (100) du turbocompresseur (10) et mélangée à une quantité prédéfinie et contrôlée par l'ouverture du premier papillon (700) d'air frais issu du septième conduit (F).
Dans ce troisième mode d'utilisation, la vanne (400) permet de forcer tout ou partie des gaz d'échappement non refroidis vers la ligne d'admission (G) du moteur et la vanne à trois voies (70) permet de gérer les quantités de gaz d'échappement dits basse pression non refroidis recirculés vers la ligne d'admission (G) du moteur.
De façon avantageuse, dans ce troisième mode d'utilisation, les gaz d'échappement recirculés non refroidis permettent de simplifier la remontée des gaz d'échappement recirculés, d'augmenter la perméabilité du circuit de recirculation (1) et de réduire la pénalité de consommation du vannage à l'admission. De façon avantageuse, l'utilisation du circuit de recirculation (1) selon l'invention selon trois modes permet à la fois de récupérer de la chaleur à l'échappement en mode de démarrage à froid du moteur, de faire recirculer les gaz d'échappement dits basse pression avec une utilisation de l'échangeur thermique (50) utilisé pour la récupération de la chaleur à l'échappement, et de faire recirculer les gaz d'échappement dits basse pression non refroidis pour les points de fonctionnement du moteur le lo permettant et donc, d'optimiser la pénalité de consommation du vannage à l'admission. Dans une variante de réalisation, il est aussi possible d'apporter des calories à la boîte de vitesse pour accélérer sa montée en température et par conséquent, réduire les frottements via un circuit d'eau moteur intégrant un ls échangeur thermique selon l'invention mais de type eau/huile de boîte de vitesse (mécanique ou non). En outre, dans le cas d'un circuit de refroidissement dits boucle courte comportant une pompe électrique, l'échangeur thermique selon l'invention de type eau/huile de la boîte de vitesse ou encore du moteur thermique peut être envisagé pour améliorer la 20 montée en température de l'huile et donc diminuer les frottements. II est à noter que l'invention s'applique à des moteurs à combustion interne comportant l'échappement en face avant ou arrière, c'est-à-dire côté tablier (séparation entre le moteur à combustion interne et l'habitacle du véhicule automobile) ou disposé en transversal.
25 Un des avantages de l'invention est que le circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement dits basse pression permet d'une part, d'utiliser un vannage à l'admission permettant de créer une dépression à l'amont du compresseur (100) et de forcer un débit de gaz d'échappement recirculés vers la ligne d'admission (G) et d'autre part, de pouvoir by-passer 30 l'échangeur thermique (50) pour les points de fonctionnement ne nécessitant pas de refroidir les gaz d'échappement recirculés ce qui permet d'augmenter la perméabilité du circuit de recirculation (1) et par conséquent, de réduire le besoin en vannage à l'admission et la pénalité de consommation. II 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.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement dits basse pression comprenant un turbocompresseur (10) ayant une turbine (101) disposée dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et un compresseur (100) disposé dans la ligne d'admission (G) dudit moteur, ladite turbine (101) récupérant les gaz d'échappement d'un collecteur d'échappement (20) pour les orienter par la ligne d'échappement vers un système de recyclage (30) des gaz d'échappement en sortie duquel est disposée une vanne (40), caractérisé en ce que la vanne (40) est disposée dans la conduit de sortie (C) du système de recyclage (30), le conduit de sortie (C) se terminant par une bride d'échappement (80) reliant le conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) à l'aval de la ligne d'échappement du moteur, et la vanne (40) comporte un volet d'obturation (400) permettant d'orienter tout ou partie du débit des gaz d'échappement recyclés et issus du système de recyclage (30) soit dans un conduit (Dl) débouchant dans la calandre ou enveloppe (501) dans laquelle circule un liquide de refroidissement d'un échangeur thermique (50) soit dans un autre conduit (D2) débouchant dans la section tubulaire (500) de refroidissement de l'échangeur thermique (50), un filtre (60) étant disposé en sortie de l'échangeur thermique (50) qui débouche sur une vanne à trois voies (70) disposée dans la ligne d'admission (G) du moteur à combustion interne en amont du compresseur (100), la vanne à trois voies (70) recevant par un conduit d'amenée (F) de l'air frais et par un conduit de sortie (E) de l'échangeur thermique (50) tout ou partie des gaz d'échappement recirculés, refroidis ou non par l'échangeur thermique (50) et filtrés par le filtre (60), la vanne à trois voies (70) comportant un premier papillon (700) permettant de contrôler voire d'arrêter le débit de l'air frais issu du conduit d'amenée (F) d'air frais et un deuxième papillon (701) permettant de contrôler voire d'arrêter le débit de tout ou partie des gaz d'échappement recirculés issus du conduit de sortie (E) de l'échangeur thermique (50).
  2. 2. Circuit de recirculation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est monté pivotant dans le conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) pour prendre trois positions selon les points et les modes de fonctionnement du moteur : - une première position pour obturer l'entrée du conduit (D1) débouchant dans la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) et autoriser ou forcer le passage de tout ou partie des gaz d'échappement recyclés dans l'autre conduit (D2) débouchant dans la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50) ; io - une deuxième position pour obturer le conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) et forcer le passage de tous les gaz d'échappement recyclés dans le conduit (Dl) débouchant dans la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) sans obturer le conduit (D2) débouchant dans la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50) et par lequel 15 les gaz d'échappement ressortent ; - une troisième position pour obturer l'entrée du conduit (D2) débouchant dans la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50) et forcer le passage de tout ou partie des gaz d'échappement recyclés dans le conduit (Dl) débouchant dans la calandre (501) de l'échangeur thermique 20 (50).
  3. 3. Circuit de recirculation (1) selon la revendication / ou 2, caractérisé en ce que le volet d'obturation (400) est adapté aux diamètres des conduits (C, Dl, D2) qui l'obturent et est actionné de façon pneumatique ou électrique par un actionneur pour pivoter, par pas de 90°, d'un angle sensiblement égal 25 au maximum à 180° autour d'un axe de rotation (A) fixé à la paroi latérale du conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) et entre les conduits (Dl, D2) sensiblement parallèles entre eux et perpendiculaires au conduit de sortie (C) du système de recyclage (30).
  4. 4. Circuit de recirculation (1) selon une des revendications 1 à 3, 30 caractérisé en ce que la bride d'échappement (80), reliant le conduit de sortie(C) du système de recyclage (30) à l'aval de la ligne d'échappement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, est positionnée en aval de la jonction du conduit de sortie (C) avec les conduits (Dl, D2) débouchant sur l'échangeur thermique (50) pour permettre d'une part, d'orienter vers l'extérieur la partie des gaz d'échappement non recirculés vers la ligne d'admission (G) et d'autre part, d'orienter vers l'extérieur 1:ous les gaz d'échappements qui ont circulés dans l'échangeur thermique (50) lorsque le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) et le papillon (701) de la vanne à trois voies (70) est en position d'obturation du conduit de sortie (E) de l'échangeur thermique (50) sur la ligne d'admission (G).
  5. 5. Circuit de recirculation (1) selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de recyclage (30) des gaz d'échappement comporte un catalyseur d'oxydation ou un catalyseur trois voies (30a) destiné à convertir le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés présents dans les gaz d'échappement issus de la turbine (101) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau, le catalyseur (30a) étant associé à au moins un piège à NOx (30b) destiné à détecter et à réduire les émissions d'oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement.
  6. 6. Circuit de recirculation (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de recyclage (30) des gaz d'échappement comporte un filtre à particules (30c) destiné à éliminer les fines particules contenues dans les gaz d'échappement, le filtre à particules (30c) étant disposé en aval du catalyseur (30a) et du piège à NOx (30b) par rapport au sens de déplacement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement.
  7. 7. Circuit de recirculation (1) selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (50) est constitué de la section tubulaire (500) disposée à l'intérieur de la calandre (501) dans laquelle circule un liquide de refroidissement.
  8. 8. Utilisation du circuit de recirculation (1) des gaz d'échappement dits basse pression selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle permet de faire circuler : - lorsque le moteur fonctionne à chaud, tout ou partie des gaz d'échappement refroidis par l'échangeur thermique (50) depuis le système de recyclage (30) des gaz d'échappement vers le compresseur (100) du turbocompresseur (10) en passant par la section tubulaire (500) de refroidissement de l'échangeur thermique (50) et le filtre (60) lorsque le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du conduit (Dl) débouchant sur la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) et les papillons (700, 701) de la vanne à trois voies (70) sont. en position d'ouverture ; - lorsque le moteur à combustion interne fonctionne à des thermiques et des débits de gaz d'échappement recirculés compatibles d'utiliser des gaz d'échappement recirculés dits basse pression non refroidis, 1:out ou partie des gaz d'échappement non refroidis par l'échangeur thermique (50) depuis le système de recyclage (30) des gaz d'échappement vers le compresseur (100) du turbocompresseur (10) en passant par la calandre (501) de l'échangeur thermique (50) et le filtre (60) lorsque le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du conduit (D2) débouchant sur la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50) et les papillons (700, 701) de la vanne à trois voies (70) sont en position d'ouverture ; et - lorsque le moteur à combustion interne fonctionne en montée de température, tous les gaz d'échappement vers l'aval sur la ligne d'échappement des gaz, après leur passage dans la calandre (501) puis dans la section tubulaire (500) de l'échangeur thermique (50) lorsque le volet d'obturation (400) de la vanne (40) est en position d'obturation du conduit de sortie (C) du système de recyclage (30) et le papillon (701) de la vanne à trois voies (70) est en position d'obturation du conduit de sortie (E) de l'échangeur thermique (50) sur la ligne d'admission (G) pour améliorer la montée en température du moteur et de l'habitacle du véhicule automobile.
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