FR3007466A1 - Moteur a combustion de vehicule automobile a recirculation d'echappement et admission regulee - Google Patents

Moteur a combustion de vehicule automobile a recirculation d'echappement et admission regulee Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un moteur à combustion de véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement, au moins un cylindre (14) dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) comportant plusieurs conduites d'échappement (91,92), au moins deux desdites conduites (91,92) d'échappement ayant des longueurs différentes.

Description

MOTEUR A COMBUSTION DE VEHICULE AUTOMOBILE A RECIRCULATION D'ECHAPPEMENT ET ADMISSION REGULEE [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicules automobiles dotés d'un système de recirculation des gaz d'échappement issus d'au moins un cylindre vers l'admission d'air des cylindres. [0002] De tels systèmes sont bien connus sous le sigle EGR correspondant à la locution anglo-américaine Exhaust Gaz Recirculation. On a notamment proposé, dans les moteurs à plusieurs cylindres, de dédier un cylindre à la recirculation des gaz d'échappement, les gaz d'échappement de ce cylindre étant totalement réintroduits dans le collecteur d'admission du moteur. Dans de tels moteurs, les gaz d'échappement réintroduits à l'admission sont typiquement chargés en gaz dihydrogène du fait d'un fonctionnement dans lequel le ou les cylindres dont on réintroduit les gaz d'échappement fonctionnent avec un mélange air-carburant de type riche. De tels moteurs sont connus sous l'appellation D-EGR pour Dedicated Exhaust Gaz Recirculation en anglais ou à système dédié de réintroduction ou recirculation de gaz d'échappement en français. [0003] L'hydrogène permet d'améliorer la stabilité de la combustion et donc la tolérance à l'EGR. Le moteur D-EGR permet de réduire les pertes par pompage à l'admission du moteur pour les points de charge partielle, et de repousser la limite à partir de laquelle apparait un cliquetis pour les points de pleine charge. Plus précisément, une telle recirculation des gaz d'échappement permet d'améliorer le rendement thermodynamique via la réduction des transferts thermiques grâce à la réintroduction de gaz réintroduits qui sont froids, via le retardement de l'apparition du cliquetis grâce à la réintroduction d'EGR combiné à du H2, via la diminution de l'enrichissement lié à la température d'échappement grâce à la réintroduction de gaz EGR, via la diminution des pertes par pompage grâce à la réintroduction de gaz EGR, et via l'augmentation du taux de compression grâce à la réintroduction des gaz EGR combinés à du gaz dihydrogène. Du fait que l'enrichissement du ou des cylindre(s) dédié(s) entraîne la production d'hydrogène, cela permet de tolérer encore plus de gaz d'échappement réintroduits et d'augmenter le potentiel d'amélioration du rendement thermodynamique. [0004] Toutefois, dans ce type de moteur il est nécessaire de s'assurer de l'homogénéité des taux d'EGR de cylindre à cylindre. C'est le cylindre présentant le plus faible taux d'EGR qui limitera le potentiel d'amélioration du rendement thermodynamique. Il faut donc s'assurer de répartir équitablement l'EGR entre les cylindres. De par l'architecture du moteur D-EGR, les gaz réintroduits sont délivrés à une fréquence beaucoup plus faible que sur un moteur classique. En effet la bouffée EGR est délivrée en seulement x pulsation(s) EGR, x étant le nombre de cylindre dédiés, sur y points morts hauts, y étant le nombre de cylindres, alors que sur un moteur doté d'un EGR classique on obtient une pulsation EGR par point mort haut. Il en résulte une distribution temporelle de l'EGR différente entre cylindres. [0005] Le but de l'invention est de proposer un moteur D-EGR dans lequel les gaz d'échappement soient réintroduits de manière mieux répartie sur les différents cylindres. [0006] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement comprenant plusieurs cylindres de combustion, un organe d'admission d'air frais en direction d'un ou plusieurs cylindres et une ligne de réintroduction de gaz d'échappement depuis au moins un cylindre de combustion dans l'organe d'admission, ledit au moins un cylindre dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission étant un cylindre à fonctionnement à richesse supérieure à 1 de sorte qu'il produit des gaz d'échappement chargés en hydrogène, le dit au moins un cylindre dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission comportant plusieurs ouvertures d'échappement et plusieurs conduites d'échappement lesquelles s'étendent respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement, lesdites conduites d'échappement se rejoignant en un point de jonction desdites conduites d'échappement, caractérisé en ce qu'au moins deux desdites conduites d'échappement ont des longueurs différentes. [0007] Avantageusement, lesdites plusieurs conduites d'échappement s'étendant respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement sont reliées à la conduite de réintroduction de gaz d'échappement de sorte qu'au moins une partie des gaz d'échappement circulant dans les conduites d'échappement circule dans la conduite de réintroduction de gaz d'échappement. [0008] Avantageusement, le point de jonction est un point de la conduite de réintroduction de gaz d'échappement. [0009] Avantageusement, ledit au moins un cylindre dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission comporte deux ouvertures 30 d'échappement. [0010] Avantageusement, au moins une des dites conduites d'échappement s'étendant respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement comporte une portion de forme hélicoïdale. [0011] Avantageusement, au moins une desdites conduites d'échappement s'étendant respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement présente une section d'étendue variable. [0012] Avantageusement, le moteur est un moteur à allumage commandé. [0013] Avantageusement, ledit cylindre dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission est un cylindre dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission. [0014] Avantageusement, le moteur comporte un seul cylindre dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission. [0015] L'invention concerne également un véhicule automobile comportant un tel moteur à combustion. [0016] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée qui représente un moteur selon un mode de réalisation de l'invention. [0017] Le moteur représenté sur la figure comporte un bloc-moteur 10 muni de quatre cylindres 11, 12, 13, 14. Le moteur comporte en outre un collecteur d'admission 20 débouchant dans chacun des cylindres 11, 12, 13 14 par une conduite d'admission respective 21, 22, 23, 24. Un collecteur d'échappement 30 collecte en outre les gaz d'échappement émanant de chacun des cylindres 11, 12 et 13. [0018] Le cylindre 14 est lui associé à un circuit 40 de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission. Ainsi le circuit 40 prélève les gaz d'échappement du cylindre 14 et les dirige vers l'admission du moteur. Ainsi, le cylindre 14 dédié à la production d'EGR n'échappe pas dans le collecteur d'échappement 30 mais directement à l'admission. [0019] Plus spécifiquement, les gaz d'échappement du cylindre 14 sont véhiculés par le circuit 40 vers le collecteur d'admission 20 en passant à travers un catalyseur D-EGR 50 et un refroidisseur D-EGR 60. [0020] Le présent moteur comporte en outre un turbocompresseur 70 entrainé par les gaz d'échappement émanant des cylindres 11, 12 et 13 et mettant en pression un flux d'air frais lequel arrive à l'admission du moteur une fois compressé. [0021] Le cylindre 14 est ici un cylindre de type D-EGR. Un module de contrôle du moteur pilote une alimentation en air et en carburant du cylindre 14 de telle sorte que le cylindre 14 est le siège d'une combustion à mélange riche, c'est-à-dire en excès de carburant par rapport à l'air, ici selon une richesse d'environ 1,5. De par la richesse du mélange air- carburant, le cylindre 14 produit du gaz dihydrogène H2. Le gaz H2 ainsi produit se retrouve dans les gaz d'échappement émis par le cylindre 14 lesquels sont ensuite, selon le principe du moteur D-EGR, réintroduits à l'admission d'au moins un cylindre du moteur, ici à l'admission de l'ensemble des cylindres 11 à 14. Le moteur selon le présent exemple de réalisation ne comporte qu'un seul cylindre produisant de l'hydrogène selon le principe D-EGR. En variante le moteur peut en comporter plusieurs. [0022] Tel que représentée sur la figure 1, le cylindre 14 comporte deux ouvertures d'échappement 81 et 82 lesquelles sont chacune équipées d'une soupape respective non représentée. Chacune des ouvertures 81 et 82 est reliée au circuit 40 de réintroduction des gaz d'échappement par une conduite respective 91 et 92. Ainsi, le cylindre 14 émet ses gaz d'échappement dans deux conduites distinctes 91 et 92 lesquelles rejoignent une même conduite en un point de jonction 95, point de jonction où les deux conduites 91 et 92 ne font plus qu'une seule conduite dans le présent exemple. [0023] Considérant chacune des deux conduites 91 et 92, et mesurant la longueur de chaque conduite considérée entre l'ouverture d'échappement 81, 82 où elle prend naissance jusqu'au point de jonction 95 entre les deux conduites, on note ici que les conduites 91 et 92 présentent une longueur différente. Ainsi, la conduite 91 forme un coude à angle droit tandis que la conduite 92 forme une diagonale reliant l'ouverture 82 au point de jonction 95 selon un trajet minimal. De ce fait, la conduite 92 présente une longueur plus faible que la conduite 91 et les gaz d'échappement s'engageant dans la conduite 92 rejoignent le point de jonction 95 de manière plus rapide que les gaz d'échappement s'engageant dans la conduite 91. [0024] Si le circuit de réintroduction de gaz d'échappement était composé d'un seul tube toute la bouffée de gaz réintroduits arriverait dans l'admission quand le cylindre 11 serait au point mort haut, une grande partie de ces gaz étant alors aspirée par le cylindre 11. Il y aurait alors mauvaise répartition. Avec le système proposé ici la pulsation de gaz d'échappement émise par la soupape équipant l'ouverture 81 arrive dans l'admission quand le cylindre 11 est au point mort haut. La pulsation de la soupape équipant l'ouverture 82 arrive à l'admission quand le cylindre 13 arrive au point mort haut. Du fait de l'arrivée décalée des gaz d'échappement dans le collecteur d'amission, les gaz d'échappement chargés en hydrogène sont ainsi mieux répartis sur les différents cylindres. [0025] L'arrivée des pulsations dans le circuit d'admission dépend de la longueur totale du circuit D-EGR. La synchronisation des pulsations par rapport aux positions des points morts hauts des cylindres autres que le cylindre dédié dépend également du régime moteur. Les longueurs des conduites 91 et 92 sont donc préférentiellement déterminées en fonction de ces deux paramètres que sont la longueur totale du circuit et le régime moteur. [0026] Dans le présent exemple de réalisation on équipe donc le cylindre dédié 14 avec un conduit d'échappement pour chaque soupape d'échappement. Les deux conduits sont choisis avec des longueurs différentes pour véhiculer deux pulsations qui sont décalées dans le temps. Les pulsations arrivent ainsi dans la conduite 40 de réintroduction des gaz d'échappement l'une après l'autre permettant un meilleur équilibre du taux d'EGR par cylindre. Ainsi, on adopte un conduit d'échappement de différente longueur par soupape d'échappement sur la ligne D-EGR de sorte qu'il y a création de deux bouffées sur la conduite de réintroduction lesquelles sont décalées temporellement en fonction des différences de longueur des conduits et le décalage de ces bouffées permet une meilleure répartition du taux d'EGR à l'admission. [0027] Bien que l'on ait décrit deux conduites de sortie de cylindre dont les trajets sont constitués de segments sensiblement droits, en variante ces conduites peuvent être réalisées, notamment pour des raisons de réduction d'encombrement, sous forme de tube en escargot, avec une ou des augmentations de diamètre, ou encore en accordéon. [0028] Le présent mode de réalisation permet donc d'améliorer la répartition temporelle d'une bouffée d'EGR et de s'affranchir du risque de disparité de taux d'EGR cylindre à cylindre. Il permet donc de fournir un débit de gaz EGR constant à partir d'un débit de gaz 20 pulsé. [0029] Un tel mode de réalisation ne nécessite que peu de matériaux, et ne nécessite pas de contrôle dédié. Ainsi un tel mode de réalisation présente l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre à faible coût du fait de sa simplicité.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion de véhicule automobile à réintroduction de gaz d'échappement comprenant plusieurs cylindres de combustion (11,12,13,14), un organe d'admission d'air frais (20) en direction d'un ou plusieurs cylindres (11,12,13,14) et une ligne de réintroduction de gaz d'échappement (40) depuis au moins un cylindre de combustion (14) dans l'organe d'admission (20), ledit au moins un cylindre (14) dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) étant un cylindre à fonctionnement à richesse supérieure à 1 de sorte qu'il produit des gaz d'échappement chargés en hydrogène, le dit au moins un cylindre (14) dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) comportant plusieurs ouvertures d'échappement (81,82) et plusieurs conduites d'échappement (91,92) lesquelles s'étendent respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement (81,82), lesdites conduites d'échappement (91,92) se rejoignant en un point de jonction desdites conduites d'échappement (95), caractérisé en ce qu'au moins deux desdites conduites d'échappement (91,92) ont des longueurs différentes.
  2. 2. Moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites plusieurs conduites d'échappement (91,92) s'étendant respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement (81,82) sont reliées à la conduite de réintroduction de gaz d'échappement (40) de sorte qu'au moins une partie des gaz d'échappement circulant dans les conduites d'échappement (91,92) circule dans la conduite de réintroduction de gaz d'échappement (40).
  3. 3. Moteur à combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le point de jonction (95) est un point de la conduite de réintroduction de gaz d'échappement (40).
  4. 4. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un cylindre (14) dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) comporte deux ouvertures d'échappement (81,82).
  5. 5. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des dites conduites d'échappement (91,92) s'étendant respectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement (81,82) comporte une portion de forme hélicoïdale.
  6. 6. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une desdites conduites d'échappement (91,92) s'étendantrespectivement depuis chacune des ouvertures d'échappement (81,82) présente une section d'étendue variable.
  7. 7. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à allumage commandé.
  8. 8. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cylindre (14) dont au moins une partie des gaz d'échappement sont réintroduits dans l'organe d'admission (20) est un cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission (20).
  9. 9. Moteur à combustion selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur comporte un seul cylindre (14) dont les gaz d'échappement sont entièrement réintroduits dans l'organe d'admission (20).
  10. 10. Véhicule automobile comportant un moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes.15
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