FR2980823A1 - Moteur thermique comprenant un circuit de recirculation de gaz d'echappement - Google Patents

Moteur thermique comprenant un circuit de recirculation de gaz d'echappement Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet un moteur thermique multicylindre (M) comprenant un circuit de recirculation de gaz d'échappement issus du moteur (M) apte à les réinjecter à un circuit d'admission du moteur, ledit moteur (M) comprenant un ou plusieurs cylindres, dits premiers cylindres (1), dont la sortie est connectée au circuit d'admission par l'intermédiaire du circuit de recirculation de gaz d'échappement, et d'autres cylindres, dits seconds cylindres (2, 3, 4) dont la sortie est connectée à un circuit d'échappement, caractérisé en ce que le moteur (M) comprend au moins un système d'activation/désactivation d'au moins un desdits premiers cylindres (1).

Description

MOTEUR THERMIQUE COMPRENANT UN CIRCUIT DE RECIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT. L'invention concerne un moteur thermique de type multicylindre, comprenant un circuit de recirculation de gaz d'échappement, encore appelé circuit EGR (pour « Exhaust Gaz Recirculation » en anglais). ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans un moteur thermique comprenant un circuit de recirculation des gaz d'échappement, les gaz d'échappement des différents cylindres du moteur sont recueillis par un même collecteur qui est relié au circuit de recirculation. Une partie de l'ensemble des gaz d'échappement recueillis dans le collecteur est dirigée, grâce au circuit de recirculation, vers l'admission du moteur, et l'autre partie de ces gaz d'échappement est évacuée. A cet effet, le moteur est équipé d'une vanne, dite vanne EGR, qui contrôle le taux de gaz d'échappement devant être dirigés vers l'entrée du moteur. Dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, une partie des gaz d'échappement sont réinjectés en entrée du moteur, conformément à un taux de réinjection qui est conditionné par différents paramètres. Dans d'autres conditions, la vanne est fermée pour que les gaz d'échappement ne soient pas réinjectés. On sait qu'un taux de recirculation des gaz de 25% a un effet optimal sur le fonctionnement du moteur. Cependant, avec le système décrit précédemment, le taux de recirculation atteint environ 20%. Pour atteindre un taux de 25%, il est connu de dédier un ou plusieurs cylindres sur l'ensemble des cylindres du moteur à la recirculation des gaz. Par exemple, dans un moteur à quatre cylindres, trois cylindres sont reliés à un même collecteur pour que leurs gaz soient évacués. Dans cet exemple, un seul cylindre est relié directement à l'admission du moteur par l'intermédiaire du circuit de recirculation sans passer par le collecteur. Ainsi, un taux de recirculation des gaz de 25% est atteignable. Typiquement, le circuit de recirculation comprend une vanne EGR qui est fermée lorsque les gaz d'échappement issus du cylindre dédié ne doivent pas être réinjectés, par exemple lors d'un démarrage ou d'un ralentissement du véhicule. Cependant, lors de la fermeture de la vanne, une contre-pression importante des gaz recirculés à l'admission apparaît, entraînant un débit de fuite. Ceci a pour effet d'entraîner un taux de recirculation des gaz non contrôlé, ce qui dégrade le rendement de la recirculation des gaz. En outre, un refroidissement des gaz recirculés est recherché pour améliorer le rendement de la recirculation.
En particulier, le taux d'hydrogène est dépendant du refroidissement des gaz recirculés. Or un taux élevé d'hydrogène dans les gaz recirculés favorise la combustion. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer une solution permettant d'améliorer le rendement de la recirculation des gaz d'échappement. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un moteur thermique multicylindre comprenant un circuit de recirculation de gaz d'échappement issus du moteur apte à les réinjecter à un circuit d'admission du moteur, ledit moteur comprenant un ou plusieurs cylindres, dits premiers cylindres, dont la sortie est connectée au circuit d'admission par 30 l'intermédiaire du circuit de recirculation de gaz d'échappement, et d'autres cylindres, dits seconds cylindres, dont la sortie est connectée à un circuit d'échappement, caractérisé en ce que le moteur comprend au moins un système d'activation/désactivation d'au moins un desdits premiers cylindres. L'invention permet ainsi de se dispenser de vanne EGR, en activant ou désactivant le ou les cylindres dédiés pour décider de réinjecter ou de ne pas réinjecter des gaz d'échappement. En particulier, les premiers cylindres peuvent être reliés au circuit d'admission par une ou plusieurs conduites du circuit de recirculation des gaz. Par exemple, le circuit de recirculation des gaz comprend une conduite pour chaque premier cylindre. Dans un autre exemple, le circuit de recirculation des gaz comprend une conduite pour plusieurs premiers cylindres. En particulier, les gaz issus du premier cylindre peuvent passer d'abord ou exclusivement dans le circuit de recirculation des gaz. Par exemple, les gaz issus des premiers cylindres passent exclusivement par le circuit de recirculation pour être réinjectés à l'admission. Dans un autre exemple, les gaz issus des premiers cylindres passent d'abord par le circuit de recirculation puis une partie des gaz est évacuée vers le circuit d'échappement par l'intermédiaire d'une dérivation. En particulier, les gaz d'échappement issus des deuxièmes cylindres peuvent passer d'abord ou exclusivement dans le circuit d'échappement. Par exemple, les gaz issus des deuxièmes cylindres passent exclusivement par le circuit d'échappement pour être évacués. Dans un autre exemple, les gaz issus des deuxièmes cylindres passent d'abord par le circuit d'échappement puis sont réinjectés dans le circuit d'admission. Dans un mode de réalisation, le système d'activation/désactivation comprend un système d'initiation/arrêt d'une injection de carburant du premier cylindre ; en variante ou en combinaison, un système de connexion/déconnexion d'une soupape d'admission de gaz du premier cylindre ; et en variante ou en combinaison, un système de connexion/déconnexion d'une soupape d'échappement de gaz du premier cylindre. Par exemple, le système de connexion/déconnexion de soupape est actionné de façon hydraulique ou par tout autre moyen. Par exemple, le système de connexion/déconnexion de soupape est actionné de façon magnétique comme décrit dans les demandes de brevet français n° 1155242 et n° 1155718 de la demanderesse, dont les contenus doivent être considérés comme faisant partie de la présente demande. Selon un mode de réalisation, le circuit de recirculation de gaz d'échappement comprend une conduite de refroidissement échangeant la chaleur des gaz avec un fluide de refroidissement du moteur. En particulier, le fluide de refroidissement peut être un liquide de refroidissement des cylindres du moteur. Selon un mode de réalisation particulier, la conduite de refroidissement s'étend au moins dans une culasse du moteur. En particulier, la conduite de refroidissement peut s'étendre le long d'au moins une face interne d'une paroi de la culasse du moteur. Par exemple, pour bénéficier d'un bon refroidissement des gaz EGR, la conduite de refroidissement est une galerie qui pénètre transversalement dans la culasse par un des cotés de la culasse, puis longe la culasse dans toute sa longueur pour finalement déboucher à un côté de la culasse vers l'extérieur et se connecter à un répartiteur d'admission (ou plénum). Par exemple, la conduite de refroidissement est une galerie s'étendant dans un bloc cylindre du moteur et qui traverse la culasse pour se connecter au répartiteur d'admission. Selon un mode de réalisation, le moteur comprend en outre un système de suralimentation, et le circuit de 35 recirculation est agencé pour réinjecter les gaz d'échappement issus des premiers cylindres au circuit d'admission du moteur par l'intermédiaire d'un point en aval d'un moyen de compression du système de suralimentation.
Selon un mode de réalisation, le moteur comprend en outre un système de suralimentation, et le circuit de recirculation est agencé pour réinjecter les gaz d'échappement issus des premiers cylindres au circuit d'admission du moteur par l'intermédiaire d'un point en amont d'un moyen de compression du système de suralimentation. Selon un mode de réalisation particulier, le moteur comprend un dispositif statique du type diffuseur connectant le circuit de recirculation des gaz au système de suralimentation. Selon un mode de réalisation particulier, le moteur comprend un refroidisseur d'air de suralimentation à l'admission d'air du moteur. Selon un mode de réalisation, le circuit de recirculation est pourvu d'un échangeur thermique pour refroidir les gaz d'échappement avant réinjection dans le circuit d'alimentation. Selon un mode de réalisation, le circuit de recirculation comporte une dérivation en sortie d'au moins un des premiers cylindres permettant de rejoindre le circuit d'échappement. Ainsi, une partie des gaz issus du premier cylindre est dirigée vers le circuit d'admission et une autre partie des gaz issus du premier cylindre est dirigée vers le circuit d'échappement. Ceci permet d'affiner le contrôle du taux de recirculation des gaz. Par exemple, la dérivation a une extrémité en sortie du premier cylindre et une autre extrémité connectée au circuit d'échappement. Selon un mode de réalisation particulier, le moteur comprend en outre une vanne apte à régler la proportion de gaz issus du premier cylindre passant au circuit d'admission et la proportion de gaz issus du premier cylindre passant au circuit d'échappement par l'intermédiaire de ladite dérivation. Ainsi, le contrôle du taux de recirculation des gaz est amélioré. Selon un mode de réalisation, le moteur comprend quatre cylindres, et le circuit de recirculation collecte les gaz d'échappement issus de l'un des quatre cylindres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention sera mieux comprise en faisant référence aux figures qui présentent : -figure 1, une vue de dessus d'un exemple de moteur selon un mode de réalisation de l'invention ; -figure 2, une vue de dessus d'un autre exemple de moteur selon un mode de réalisation de l'invention ; -figure 3, une vue de dessus d'un exemple de moteur selon un mode de réalisation de l'invention comprenant un système de suralimentation ; -figure 4, une vue de dessus d'un autre exemple de moteur selon un mode de réalisation de l'invention comprenant un système de suralimentation. L'idée à la base de l'invention est de modifier le circuit de recirculation pour qu'il soit connecté de façon sensiblement directe à un ou plusieurs des cylindres du moteur, au lieu de le connecter à un collecteur de sortie du moteur dans lequel circule la totalité des gaz d'échappement produits par le moteur ; et d'activer/désactiver la recirculation des gaz par l'intermédiaire d'un système d'activation/désactivation du ou des cylindres auxquels est connecté le circuit de recirculation. Les gaz issus des cylindres dédiés à la recirculation sont dirigés vers un circuit d'admission du moteur.
L'activation et la désactivation d'un cylindre peuvent avantageusement être assurées en pilotant le système d'injection de carburant équipant le moteur, et en variante ou en combinaison en pilotant un système de déconnexion 10 des soupapes à l'admission, et en variante ou en combinaison en pilotant un système de déconnexion 12 des soupapes à l'échappement. La désactivation complète de la recirculation des gaz est alors assurée en désactivant chaque cylindre dont tous les gaz d'échappement sont réinjectés par le circuit de recirculation. Par exemple, la désactivation est assurée en agissant sur le circuit d'injection pour qu'il cesse d'injecter du carburant dans chacun de ces cylindres. Par exemple, la désactivation est assurée en déconnectant la soupape d'admission ou d'échappement, ou les deux à la fois, d'avec une came d'actionnement de soupape du moteur. D'une manière générale, l'invention s'applique aux moteurs multicylindres. En particulier, le moteur peut comprendre n cylindres avec au plus n-1 cylindres, dits premiers cylindres, dédiés à la recirculation des gaz, le ou les autres cylindres, dits seconds cylindres, étant reliés au circuit d'échappement. Le nombre total de cylindres et le nombre de cylindres dédiés à la recirculation des gaz d'échappement permet de définir, selon le cas, un ou plusieurs taux de gaz recirculés. Les figures 1, 3 et 4 présentent des exemples de moteurs à quatre cylindres selon des modes de réalisation l'invention. Le circuit de recirculation des gaz peut avantageusement réinjecter tous les gaz d'échappement produits par l'un 1 de ces quatre cylindres, les trois autres cylindres 2, 3, 4 produisant alors des gaz qui ne peuvent pas être réinjectés. Dans ces exemples de moteur à quatre cylindres 1, 2, 3, 4, le circuit de recirculation est avantageusement agencé pour réinjecter les gaz d'échappement issus d'un seul 1 des quatre cylindres. Ce circuit réinjecte ainsi, de façon directe, 25% des gaz d'échappements que produit le moteur M, ce qui correspond sensiblement au taux optimal de gaz d'échappement devant être réinjectés en entrée du moteur M lorsque la recirculation est activée. En particulier, une conduite TS peut amener les gaz du cylindre 1 vers un circuit d'admission du moteur. Dans ce cadre, la recirculation peut être activée, par une commande d'activation du cylindre 1 correspondant, pour réinjecter des gaz d'échappement à un taux fixe de 25 %. Dans un moteur à six cylindres selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le circuit de recirculation peut être agencé pour qu'il réinjecte les gaz d'échappement issus de deux cylindres, ce qui permet notamment de moduler le taux de gaz réinjectés. Concrètement, la recirculation peut alors être activée, en activant soit un des deux cylindres soit les deux cylindres, ce qui permet alors de réinjecter soit 15 % de gaz, soit 30% de gaz. Dans un moteur à huit cylindres selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, on pourra choisir que deux cylindres sont dédiés à la production de gaz d'échappement pouvant être recirculés, ce qui permet un taux de recirculation des gaz de soit 12,5% en activant un cylindre, soit 25% en activant les deux cylindres. Par exemple, le circuit de recirculation des gaz et le circuit d'alimentation du moteur peuvent être connectés par un dispositif statique V de type diffuseur qui garantit un mélange homogène entre les gaz recirculés et l'air d'admission. Un tel diffuseur V permet en outre de garantir un taux de recirculation des gaz constant. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moteur comprend une dérivation en sortie d'au moins un des 35 premiers cylindres permettant de rejoindre le circuit d'échappement. La figure 2 présente un exemple de moteur à quatre cylindres selon ce mode de réalisation. Ainsi, une partie du gaz issu du premier cylindre 1 est réinjecté et une autre partie du gaz issu du premier cylindre 1 est évacuée vers le circuit d'échappement par l'intermédiaire de la dérivation D. Ceci permet d'optimiser le contrôle du taux de recirculation des gaz. En particulier, les dimensions de la conduite TS ou de la dérivation D permettent de contrôler la proportion de gaz issus du premier cylindre 1 qui est réinjectée dans le circuit d'admission ou dans le circuit d'échappement. En outre, dans ce mode de réalisation, le moteur M peut comprendre une vanne (non représentée) permettant de régler la proportion de gaz réinjectée par le circuit de recirculation et la proportion de gaz évacuée vers le circuit d'échappement. La vanne est par exemple située à l'interconnexion entre la dérivation D et le circuit de recirculation des gaz. Dans un mode de réalisation, le circuit de recirculation des gaz comprend une conduite de refroidissement. Les figures 1 à 4 présentent des exemples selon ce mode de réalisation. Par exemple, la conduite de refroidissement G s'étend au moins dans une culasse du moteur M de façon à échanger la chaleur des gaz recirculés avec un fluide de refroidissement du moteur M. Par exemple, la conduite de refroidissement G s'étend le long d'au moins une face interne d'une paroi de la culasse. L'invention s'applique aussi bien à un moteur thermique atmosphérique qu'à un moteur suralimenté par un compresseur tel qu'un turbo-compresseur, un compresseur mécanique, ou autre. Les figures 1 et 2 illustrent des exemples de moteur atmosphérique M selon des modes de réalisation de l'invention. Dans le cas d'un moteur atmosphérique, le circuit de recirculation des gaz d'échappement du ou des premiers cylindres 1 est raccordé au niveau de l'entrée du moteur M, de manière à mélanger les gaz réinjectés à l'air d'admission qui est sensiblement à la pression atmosphérique.
Les figures 3 et 4 illustrent des exemples de moteur suralimenté M selon des modes de réalisation de l'invention. En particulier, le système de suralimentation est compris dans le circuit d'admission du moteur M. Par exemple, les gaz recirculés peuvent être refroidis par un refroidisseur d'air de suralimentation E du système de suralimentation. Le refroidisseur E contribue au refroidissement des gaz recirculés et permet d'optimiser le refroidissement des gaz recirculés à l'entrée du moteur M, le rendement de la recirculation des gaz en est amélioré. Le refroidisseur E est par exemple implanté dans un répartiteur d'admission du moteur M. Le refroidisseur E peut être entre autres de type échangeur air/ eau (« Water Charged Air Cooler » ou WCAC en anglais) ou de type échangeur air/air (« Air Charged Air Cooler » ou ACAC en anglais). Le système de suralimentation peut comprendre un papillon P contrôlant l'admission d'air à l'entrée du moteur M. Dans le cas d'un moteur suralimenté, par exemple par un turbo-compresseur, le circuit de recirculation est agencé pour être raccordé à l'entrée du moteur M, soit en aval du compresseur C, soit en amont du compresseur C. La figure 3 présente un exemple de moteur M selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant un circuit de recirculation agencé pour réinjecter les gaz d'échappement par l'intermédiaire d'un point en aval d'un compresseur C du système de suralimentation. Dans un exemple particulier, le moteur ne comprend pas de conduite de refroidissement. Les gaz d'échappement 35 pressurisés et chauds recueillis en sortie d'un ou plusieurs cylindres dédiés 1 peuvent alors être réinjectés chauds et pressurisés de manière à être directement mélangés à de l'air pressurisé par le compresseur C, avant admission dans le moteur M. Par exemple, la température des gaz recirculés, au niveau du point de connexion entre le circuit de recirculation et le système de suralimentation, est de 800°C. En particulier, dans un autre exemple, le moteur comprend une conduite de refroidissement G. Les gaz d'échappement recirculés peuvent alors au préalable, avant d'être réinjectés dans le système de suralimentation, subir un refroidissement par l'intermédiaire de la conduite de refroidissement G. Par exemple, la conduite de refroidissement G permet de diminuer la température des gaz recirculés à 500°C au niveau du point de connexion entre le circuit de recirculation et le système de suralimentation, ce qui améliore le rendement de recirculation des gaz. La figure 4 présente un exemple de moteur M selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant un circuit de recirculation agencé pour réinjecter les gaz d'échappement par l'intermédiaire d'un point en amont d'un compresseur C du système de suralimentation. Comme l'exemple présenté en figure 3, le moteur peut ne pas comprendre une conduite de refroidissement, les gaz sont alors injectés chauds et pressurisés dans le système de suralimentation ; ou le moteur comprend une conduite de refroidissement G, et les gaz peuvent alors subir un refroidissement par l'intermédiaire de la conduite de refroidissement G avant d'être réinjectés dans le système de suralimentation. Selon un mode de réalisation, les gaz recirculés peuvent être réinjectés dans le circuit d'admission, en particulier au niveau du système de suralimentation, après avoir été refroidis et dépressurisés dans un refroidisseur EGR (« EGR cooler » en anglais) R ou radiateur ou échangeur thermique. Le refroidisseur R permet d'améliorer le rendement de recirculation des gaz. En particulier, dans le cas d'un moteur suralimenté illustré en figure 4, dans lequel les gaz recirculés sont injectés en aval du compresseur C, le refroidisseur R permet d'améliorer le refroidissement des gaz recirculés avant de les mélanger à de l'air à pression atmosphérique destiné à être comprimé par le compresseur C pour admission dans le moteur M.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples décrits. En particulier, les modes de réalisation peuvent se combiner les uns avec les autres afin d'améliorer le rendement de recirculation des gaz du moteur.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Moteur thermique multicylindre (M) comprenant un circuit de recirculation de gaz d'échappement issus du moteur (M) apte à les réinjecter à un circuit d'admission du moteur (M), ledit moteur comprenant un ou plusieurs cylindres, dits premiers cylindres (1), dont la sortie est connectée au circuit d'admission par l'intermédiaire du circuit de recirculation de gaz d'échappement, et d'autres cylindres, dits seconds cylindres (2, 3, 4), dont la sortie est connectée à un circuit d'échappement, caractérisé en ce que le moteur (M) comprend au moins un système d'activation/désactivation d'au moins un desdits premiers cylindres (1).
  2. 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel le circuit de recirculation de gaz d'échappement comprend une conduite de refroidissement (G) échangeant la chaleur des gaz avec un fluide de refroidissement du moteur (M).
  3. 3. Moteur selon la revendication 2, dans lequel la conduite de refroidissement (G) s'étend le long d'au moins une face interne d'une paroi de la culasse du moteur (M).
  4. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un système de suralimentation, dans 25 lequel le circuit de recirculation est agencé pour réinjecter les gaz d'échappement issus des premiers cylindres (1) au circuit d'admission du moteur (M) par l'intermédiaire d'un point en aval d'un moyen de compression (C) du système de suralimentation. 30
  5. 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un système de suralimentation, dans lequel le circuit de recirculation est agencé pour réinjecter les gaz d'échappement issus des premiers cylindres (1) au circuit d'admission du moteur (M) parl'intermédiaire d'un point en amont d'un moyen de compression (C) du système de suralimentation.
  6. 6. Moteur selon l'une des revendications 4 ou 5, comprenant un dispositif (V) statique du type diffuseur connectant le circuit de recirculation des gaz au système de suralimentation.
  7. 7. Moteur selon l'une des revendications 4 à 6 comprenant un refroidisseur d'air de suralimentation (E) à l'admission d'air du moteur (M).
  8. 8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de recirculation est pourvu d'un échangeur thermique (R) pour refroidir les gaz d'échappement avant réinjection dans le circuit d'alimentation.
  9. 9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de recirculation comporte une dérivation (D) en sortie d'au moins un des premiers cylindres (1) permettant de rejoindre le circuit d'échappement.
  10. 10. Moteur selon la revendication 9 comprenant en outre une vanne apte à régler la proportion de gaz issus du premier cylindre (1) passant au circuit d'admission et la proportion de gaz issus du premier cylindre (1) passant au circuit d'échappement par l'intermédiaire de ladite dérivation (D).
  11. 11. Moteur selon l'une des revendications précédentes, comprenant quatre cylindres (1, 2, 3, 4), et dont le circuit de recirculation collecte les gaz d'échappement issus de l'un (1) des quatre cylindres.30
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