FR3020414A1 - EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système de recirculation de gaz d'échappement (1) comportant : - un dispositif d'admission d'air (3) d'un moteur thermique comprenant des conduits d'admission (30) amenant de l'air aux cylindres de combustion (5), chaque cylindre de combustion (5) comportant un conduit d'admission (30) propre, lesdits conduits d'admission (30) comportant un orifice d'arrivée (32) de gaz d'échappement, et - un circuit de recirculation (7) des gaz d'échappement comprenant un rail d'injection (70) comportant des orifices de sortie (72) des gaz d'échappement connectés aux orifices d'arrivée (32) des conduits d'admission (30), ledit système de recirculation (1) de gaz d'échappement comportant un élément de couplage (9) placé entre les orifices de sortie (72) du rail d'injection (70) et les orifices d'arrivée (32) des conduits d'admission (30), ledit élément de couplage (9) comprenant un volume de dilution.The present invention relates to an exhaust gas recirculation system (1) comprising: - an air intake device (3) for a heat engine comprising intake ducts (30) supplying air to the combustion cylinders (5), each combustion cylinder (5) having a clean intake duct (30), said intake ducts (30) having an exhaust gas inlet (32), and - an exhaust gas recirculation circuit (7) comprising an injection rail (70) having outlets (72) for exhaust gases connected to the inlet ports (32) of the intake ducts (30); ), said exhaust gas recirculation system (1) having a coupling element (9) positioned between the outlet ports (72) of the injection rail (70) and the inlet ports (32) of the conduits inlet (30), said coupling member (9) comprising a dilution volume.
Description
Système de recirculation de gaz d'échappement. L'invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles et plus 5 particulièrement aux systèmes de recirculation de gaz d'échappement. Afin de réduire les émissions polluantes, notamment en oxydes d'azote, il est connu de réinjecter une partie des gaz d'échappement dans l'arrivée d'air d'admission au moyen d'un système de recirculation des gaz d'échappement. 10 L'injection de ces gaz d'échappement recirculés dans l'air d'admission peut être réalisée au moyen d'un rail d'injection, perpendiculaire au flux d'air d'admission, muni d'orifices permettant l'arrivée de gaz d'échappement recirculés au niveau de chaque cylindre de combustion. La quantité de gaz d'échappement recirculés arrivant dans l'air d'admission des cylindres de 15 combustion est contrôlée par une vanne spécifique dite vanne EGR placée en amont du rail d'injection. Il est en effet nécessaire de contrôler précisément la quantité de gaz d'échappement recirculés arrivant dans chaque cylindre de combustion afin de respecter l'équilibre entre les émissions d'oxydes d'azotes et de particules issues de cette recirculation. 20 Cependant lors du fonctionnement du moteur, lors de la fermeture de la soupape d'admission d'air des cylindres de combustion, une augmentation de la pression d'air a lieu. Cette augmentation de la pression peut remonter le conduit d'admission jusqu'au rail d'injection et de l'air d'admission peut s'infiltrer dans 25 ledit rail d'injection créant une dilution des gaz d'échappement recirculés s'y trouvant. Cette dilution des gaz d'échappement recirculés dans le rail d'injection nuit au bon fonctionnement du système de recirculation des gaz d'échappement et peut diminuer son efficacité. 30 La présente demande a donc comme but de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un système de recirculation des gaz d'échappement amélioré et limitant le phénomène de dilution des gaz d'échappement recirculés au niveau du rail d'injection. La présente invention concerne donc un système de recirculation de gaz 5 d'échappement comportant : - un dispositif d'admission d'air d'un moteur thermique comprenant des conduits d'admission amenant de l'air aux cylindres de combustion, chaque cylindre de combustion comportant un conduit d'admission propre, lesdits conduits d'admission comportant un orifice d'arrivée de gaz d'échappement, et 10 - un circuit de recirculation des gaz d'échappement comprenant un rail d'injection comportant des orifices de sortie des gaz d'échappement connectés aux orifices d'arrivée des conduits d'admission, ledit système de recirculation de gaz d'échappement comportant un élément de couplage placé entre les orifices de sortie du rail d'injection et les 15 orifices d'arrivée des conduits d'admission, ledit élément de couplage comprenant un volume de dilution. La présence de cet élément de couplage et de son volume de dilution permet de compenser l'augmentation de pression lors de la fermeture d'une soupape d'admission placée à l'interface entre l'extrémité du conduit 20 d'admission et le cylindre de combustion. Cet élément de couplage de part son volume de dilution évite ainsi que l'air d'admission remonte dans le rail d'injection 70 lors de cette fermeture de la soupape d'admission. Selon un aspect de l'invention, la valeur minimale Vmin en m3 du volume 25 de dilution de l'élément de couplage est supérieur ou égale à Vmin = (15394 x L) - 1540, L correspondant à la longueur en m entre une tête de soupape d'admission du cylindre de combustion placée à l'extrémité du conduit d'admission et une première variation brusque de section dudit conduit d'admission. 30 Selon un autre aspect de l'invention, l'élément de couplage vient de matière avec le rail d'injection. Selon un autre aspect de l'invention, l'élément de couplage vient de 5 matière avec le conduit d'admission. Selon un autre aspect de l'invention, l'élément de couplage est un élément distinct placé entre le rail de distribution et le conduit d'admission. 10 Selon un autre aspect de l'invention, la variation brusque de section du conduit d'admission correspond à une variation de section supérieure à 50% de la section minimale du conduit d'admission. Selon un autre aspect de l'invention, le moteur thermique est un moteur 15 thermique suralimenté dont le dispositif d'admission d'air comporte un refroidisseur d'air de suralimentation. Selon un autre aspect de l'invention, la connexion entre les conduits d'admission et le rail de distribution est réalisée en aval du refroidisseur d'air de 20 suralimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 25 - la figure 1 montre une représentation schématique en vue de dessus d'un système de recirculation de gaz d'échappement, - la figure 2 montre une représentation schématique en vue de côté et en coupe d'un système de recirculation de gaz d'échappement au niveau d'un conduit d'admission, - la figure 3 la figure 4 montre un graphique représentant la relation entre la longueur L et le rapport entre la pression maximum et la pression moyenne au sein du rail d'injection, et - la figure 4 montre un graphique représentant la relation entre la longueur L et le volume de dilution. Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.Exhaust gas recirculation system. The invention relates to the field of motor vehicles and more particularly to exhaust gas recirculation systems. In order to reduce the polluting emissions, in particular of nitrogen oxides, it is known to reinject a portion of the exhaust gases into the intake air intake by means of an exhaust gas recirculation system. The injection of these recirculated exhaust gases into the intake air can be carried out by means of an injection rail, perpendicular to the flow of intake air, provided with orifices allowing the arrival of recirculated exhaust gas at each combustion cylinder. The amount of recirculated exhaust gas entering the intake air of the combustion cylinders is controlled by a specific valve called EGR valve placed upstream of the injection rail. It is indeed necessary to precisely control the amount of recirculated exhaust gas arriving in each combustion cylinder in order to respect the balance between the emissions of nitrogen oxides and particles resulting from this recirculation. However, during operation of the engine, when closing the air intake valve of the combustion cylinders, an increase in air pressure occurs. This increase in pressure can go up the intake duct to the injection rail and the intake air can infiltrate into said injection rail creating a dilution of the recirculated exhaust gases. finding. This dilution of the recirculated exhaust gas in the injection rail interferes with the proper operation of the exhaust gas recirculation system and may decrease its efficiency. The present application therefore aims to at least partially overcome the drawbacks of the prior art and to propose an improved exhaust gas recirculation system and limiting the phenomenon of dilution of the recirculated exhaust gas at the level of the rail. 'injection. The present invention thus relates to an exhaust gas recirculation system comprising: an air intake device of a heat engine comprising intake ducts supplying air to the combustion cylinders, each cylinder of combustion having a clean intake duct, said intake ducts having an exhaust gas inlet, and an exhaust gas recirculation circuit comprising an injection rail having exhaust outlets therein. exhaust gas connected to the inlet ports of the intake ducts, said exhaust gas recirculation system having a coupling element located between the outlet ports of the injection rail and the inlet ports of the ducts. inlet, said coupling member comprising a dilution volume. The presence of this coupling element and its dilution volume makes it possible to compensate for the increase in pressure when closing an intake valve placed at the interface between the end of the intake duct 20 and the cylinder of combustion. This coupling element due to its dilution volume thus prevents the intake air from rising in the injection rail 70 during this closing of the intake valve. According to one aspect of the invention, the minimum value Vmin in m3 of the dilution volume of the coupling element is greater than or equal to Vmin = (15394 x L) - 1540, L corresponding to the length in m between a head intake valve of the combustion cylinder placed at the end of the intake duct and a first abrupt section change of said intake duct. According to another aspect of the invention, the coupling element is made of material with the injection rail. In another aspect of the invention, the coupling member is integral with the intake conduit. According to another aspect of the invention, the coupling element is a separate element placed between the distribution rail and the intake duct. According to another aspect of the invention, the abrupt section variation of the intake duct corresponds to a variation of section greater than 50% of the minimum section of the intake duct. According to another aspect of the invention, the heat engine is a supercharged thermal engine whose air intake device comprises a charge air cooler. According to another aspect of the invention, the connection between the intake ducts and the distribution rail is carried out downstream of the supercharging air cooler. Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given by way of illustrative and nonlimiting example, and the appended drawings in which: FIG. 1 shows a diagrammatic representation with a view to of an exhaust gas recirculation system, - Figure 2 shows a schematic representation in side and sectional view of an exhaust gas recirculation system at an intake duct, FIG. 4 shows a graph showing the relationship between the length L and the ratio between the maximum pressure and the average pressure within the injection rail, and FIG. 4 shows a graph representing the relationship between the length. L and the dilution volume. In the different figures, the identical elements bear the same reference numbers.
La figure 1 montre une représentation schématique d'un système de recirculation de gaz d'échappement 1. Ce dernier comporte un dispositif d'admission d'air 3 d'un moteur thermique ainsi qu'un circuit de recirculation 7 des gaz d'échappement.FIG. 1 shows a schematic representation of an exhaust gas recirculation system 1. The latter comprises an air intake device 3 of a heat engine and a recirculation circuit 7 of the exhaust gases. .
Le dispositif d'admission d'air 3 comprend notamment des conduits d'admission 30 (visibles sur la figure 2) amenant de l'air aux cylindres de combustion 5. Chaque cylindre de combustion 5 comporte un conduit d'admission 30 propre. Comme montré sur la figure 2, lesdits conduits d'admission 30 comportent un orifice d'arrivée 32 de gaz d'échappement permettant la connexion avec le circuit de recirculation 7 des gaz d'échappement. Le circuit de recirculation 7 des gaz d'échappement comprend un rail d'injection 70 s'étendant perpendiculairement au sens de circulation de l'air d'admission et positionné au dessus des conduits d'admissions. Le rail d'injection comporte des orifices de sortie 72 connectés aux orifices d'arrivée 32 des conduits d'admission 30, par lesquels les gaz d'échappement transitent pour accéder aux conduits d'admissions. Le moteur thermique peut très bien être un moteur thermique 30 atmosphérique ou encore être un moteur thermique suralimenté. Dans le cas d'un moteur thermique suralimenté, le dispositif d'admission 3 d'air peut comporter un refroidisseur d'air de suralimentation 34 comme montré sur les figures 1 et 2. La connexion entre les conduits d'admission 30 et le rail de distribution 7o est alors réalisée en aval du refroidisseur d'air de suralimentation 34. Le système de recirculation 1 de gaz d'échappement comporte en outre un élément de couplage 9 placé entre les orifices de sortie 72 du rail d'injection 7o et les orifices d'arrivée 32 des conduits d'admission 30. Cet élément de couplage 9 comprend un volume de dilution lui permettant de compenser l'augmentation de pression lors de la fermeture d'une soupape d'admission 9 placée à l'interface entre l'extrémité du conduit d'admission 30 et le cylindre de combustion 5. Cet élément de couplage 9 de part son volume de dilution évite ainsi que l'air d'admission remonte dans le rail d'injection 70 lors de cette fermeture de la soupape d'admission. Selon un premier mode de réalisation, l'élément de couplage 9 peut venir de matière avec le rail d'injection 70. Selon un second mode de réalisation, l'élément de couplage 9 peut venir de matière avec le conduit d'admission 30.The air intake device 3 comprises in particular intake ducts 30 (visible in FIG. 2) supplying air to the combustion cylinders 5. Each combustion cylinder 5 comprises a clean intake duct 30. As shown in Figure 2, said intake ducts 30 comprise an exhaust gas inlet port 32 for connection with the recirculation circuit 7 of the exhaust gas. The recirculation circuit 7 of the exhaust gas comprises an injection rail 70 extending perpendicular to the direction of flow of the intake air and positioned above the admission ducts. The injection rail has outlet orifices 72 connected to the inlet orifices 32 of the intake ducts 30, through which the exhaust gas passes to access the admission ducts. The heat engine may very well be an atmospheric heat engine or be a supercharged heat engine. In the case of a supercharged engine, the air intake device 3 may comprise a charge air cooler 34 as shown in FIGS. 1 and 2. The connection between the intake ducts 30 and the rail 7o distribution is then performed downstream of the charge air cooler 34. The exhaust gas recirculation system 1 further comprises a coupling element 9 placed between the outlet ports 72 of the injection rail 7o and the intake ports 32 of the intake ducts 30. This coupling element 9 comprises a dilution volume enabling it to compensate for the increase in pressure during the closing of an intake valve 9 placed at the interface between the the end of the intake duct 30 and the combustion cylinder 5. This coupling element 9 by its dilution volume and prevents the intake air back into the injection rail 70 during the closure of the valve intake. According to a first embodiment, the coupling element 9 can be integral with the injection rail 70. According to a second embodiment, the coupling element 9 can be integral with the intake duct 30.
Selon un troisième mode de réalisation, l'élément de couplage 9 peut être un élément distinct placé entre les orifices de sortie 72 du rail de distribution 70 et les orifices d'arrivée 32 du conduit d'admission 30. Afin d'établir la valeur minimale du volume Vmin de dilution au dessus de laquelle le risque de dilution est raisonnable, la demanderesse a découvert de façon surprenante et inattendue que ce risque de dilution était dépendant d'une longueur L correspondant à la longueur, en m, entre une tête de soupape d'admission il du cylindre de combustion 5, placée à l'extrémité du conduit d'admission 30, et une première variation brusque de section 13 dudit conduit d'admission 30. Cette variation brusque de la section 13 peut par exemple être une variation de section supérieure à 50% de la section minimale du conduit d'admission 30. Le graphique de la figure 3 montre l'évolution du rapport entre la 5 pression maximum/ pression moyenne au sein du rail d'injection 7o (caractérisant la dilution des gaz d'échappement par remontée de l'air d'admission au sein du rail d'injection 7o) en fonction de la longueur L et ce pour différent débits massique d'air d'admission traversant le dispositif d'admission d'air 3. Sur ce graphique, les courbes ont toutes un profil de 10 décroissance exponentielle indiquant que plus la longueur L est grande, plus les risques de dilution des gaz d'échappement par remontée de l'air d'admission au sein du rail d'injection 7o sont faibles. La demanderesse a constaté qu'au dessus d'un rapport de pression 15 maximum/ pression moyenne au sein du rail d'injection 7o de 1.26 il y a dilution des gaz d'échappement par remontée de l'air d'admission au sein du rail d'injection 7o. Cela correspond à la zone hachurée 101 sur le graphique de la figure 3. Pour un rapport entre 1.26 et 1.18 les risques de dilution sont 20 raisonnables. Cela correspond à la zone hachurée 102 sur le graphique de la figure 3. Pour un rapport entre 1.18 et 1.12 les risques de dilution sont faibles. Cela correspond à la zone hachurée 103 sur le graphique de la figure 3. Pour un rapport en dessous de 1.12, il n'y a pas de dilution des gaz 25 d'échappement par remontée de l'air d'admission au sein du rail d'injection 7o. Cela correspond à la zone hachurée 104 sur le graphique de la figure 3. Il est alors possible en fonction de ces valeurs, de définir des volumes de dilution au sein de l'élément de couplage 9 en fonction de la longueur L, pour 30 lesquels les valeurs du rapport de pression maximum/ pression moyenne au sein du rail d'injection 7o sont telles qu'il y a dilution (zone loi), que les risques de dilution sont raisonnables (zone 102), que les risques de dilution sont faibles (zone 103) et qu'il n'y a pas dilution (zone 104). Ces valeurs sont illustrées sur le graphique de la figure 4, montrant ces différentes zones en fonction du volume de dilution V de l'élément de couplage 9 5 en fonction de la longueur L. Ainsi, en calculant l'équation de la droite ion, il est possible de déterminer la formule du calcul du volume minimum Vmin au dessus de laquelle les risques de dilution sont raisonnables : Vmin = (15394 x L) - 1540.According to a third embodiment, the coupling element 9 may be a separate element placed between the outlet orifices 72 of the distribution rail 70 and the inlet orifices 32 of the intake duct 30. In order to establish the value of the dilution volume Vmin above which the risk of dilution is reasonable, the Applicant surprisingly and unexpectedly discovered that this risk of dilution was dependent on a length L corresponding to the length, in m, between a head of intake valve 11 of the combustion cylinder 5, placed at the end of the intake duct 30, and a first abrupt variation of section 13 of said intake duct 30. This abrupt variation of the section 13 may for example be a sectional variation greater than 50% of the minimum section of the intake duct 30. The graph of FIG. 3 shows the evolution of the ratio between the maximum pressure / average pressure within the injection rail. n 7o (characterizing the dilution of the exhaust gas by raising the intake air within the injection rail 7o) as a function of the length L and for different intake air mass flow rates through the device In this graph, the curves all have an exponential decay profile indicating that the longer the length L, the greater the risk of diluting the exhaust gases by raising the intake air. within the injection rail 7o are weak. Applicant has found that above a ratio of maximum pressure / average pressure within the injection rail 7o of 1.26 there is dilution of the exhaust gas by raising the intake air within the 7o injection rail. This corresponds to the shaded area 101 on the graph of FIG. 3. For a ratio between 1.26 and 1.18 the dilution risks are reasonable. This corresponds to the shaded area 102 on the graph of FIG. 3. For a ratio between 1.18 and 1.12, the dilution risks are low. This corresponds to the shaded area 103 on the graph of FIG. 3. For a ratio below 1.12, there is no dilution of the exhaust gas by raising the intake air within the rail Injection 7o. This corresponds to the shaded area 104 on the graph of FIG. 3. It is then possible, as a function of these values, to define dilution volumes within the coupling element 9 as a function of the length L, for which the values of the ratio of maximum pressure / average pressure within the injection rail 7o are such that there is dilution (zone law), that the dilution risks are reasonable (zone 102), that the risks of dilution are low (zone 103) and that there is no dilution (zone 104). These values are illustrated in the graph of FIG. 4, showing these different zones as a function of the dilution volume V of the coupling element 9 as a function of the length L. Thus, by calculating the equation of the ion line, it is possible to determine the formula for calculating the minimum volume Vmin above which the risks of dilution are reasonable: Vmin = (15394 x L) - 1540.
10 De même, calculant l'équation de la droite 1o2a, il serait possible de déterminer la formule du calcul du volume minimum Vmin au dessus de laquelle les risques de dilution sont faibles. En calculant l'équation de la droite io3a, il serait possible de déterminer la formule du calcul du volume minimum Vmin au dessus de laquelle il n'y a pas de dilution.Similarly, calculating the equation of the line 1o2a, it would be possible to determine the formula for calculating the minimum volume Vmin above which the risks of dilution are low. By calculating the equation of the straight line io3a, it would be possible to determine the formula for calculating the minimum volume Vmin above which there is no dilution.
15 Ainsi, du fait de la présence de l'élément de couplage 9 et de son volume de dilution, on voit que la dilution des gaz d'échappement au sein d'un rail d'injection 70 lors de la fermeture des soupapes d'admission 11 peut être évitée et ainsi permettre au système de recirculation de gaz d'échappement 1 de 20 fonctionner pleinement.Thus, due to the presence of the coupling element 9 and its dilution volume, it can be seen that the dilution of the exhaust gases within an injection rail 70 during the closing of the valves of intake 11 can be avoided and thus allow the exhaust gas recirculation system 1 to function fully.
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| FR3020414B1 (en) | 2019-05-03 |
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