FR3046435A1 - Vanne de regulation de gaz d'echappement - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet une vanne de régulation de gaz d'échappement destinée à être agencée au moins en partie dans un dispositif d'interface (40) entre un système de dépollution (30) de gaz d'échappement et un conduit d'échappement (24), le dispositif d'interface comprenant : - une entrée (44) agencée pour recevoir le gaz d'échappement sortant du système de dépollution (30), - une sortie d'échappement (46) agencée pour faire entrer le gaz d'échappement dans le conduit d'échappement (24), et - une sortie auxiliaire (48) pour le gaz d'échappement; la vanne comprenant : - un corps (60) délimitant un conduit interne (62) comportant une extrémité destinée à être raccordée à la sortie auxiliaire (48) du dispositif d'interface (40), et - un volet (70) comportant une première aile (72) et une seconde aile (74), le volet (70) étant monté mobile entre une position d'ouverture permettant le passage du gaz d'échappement dans le conduit interne (62) et une position de fermeture empêchant ledit passage par la première aile (72), et pour que, lorsque le volet (70) est en position d'ouverture, la seconde aile (74) obture partiellement la sortie d'échappement (46) du dispositif d'interface (40).
Description
Vanne de régulation de gaz d’échappement
La présente invention concerne une vanne de régulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique, par exemple utilisable dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement (ou circuit EGR de l’anglais « Exhaust Gaz Recirculation ») d'un moteur thermique de véhicule automobile.
En particulier, le domaine de la présente invention est celui des équipements pour l'alimentation en gaz comburant du moteur, notamment les actionneurs ou vannes doseuses d’air qui participent au fonctionnement des moteurs thermiques de véhicule automobile.
Dans un moteur thermique, un circuit EGR permet de réinjecter vers l'admission une portion des gaz d'échappement afin notamment de réduire les émissions polluantes, et ce grâce à un conduit de recirculation reliant le conduit d'échappement au conduit d'admission. Dans les moteurs thermiques équipés d'un turbocompresseur et d'un filtre à particules, il est connu, selon une architecture dite « EGR basse pression », de disposer un tel conduit de recirculation entre la sortie du filtre à particules et l'entrée du compresseur.
Ainsi, il est connu d’équiper un tel conduit de recirculation d’une vanne de régulation de gaz d’échappement afin de réguler le débit des gaz d’échappement qui sont prélevés en sortie du filtre à particules pour les réinjecter en amont du moteur. Le principe de fonctionnement d’une telle vanne repose sur la rotation commandée d’un volet pouvant passer d’une position d’ouverture complète pour laisser passer le fluide dans le conduit de recirculation à une position de fermeture pour bloquer ce passage.
Cependant, l’addition d’une vanne dans le circuit de recirculation ajoute un composant, dont l’intégration mécanique dans l’environnement mécanique peut être difficile.
Il existe donc un besoin d’améliorer les vannes de circulation de gaz d’échappement afin de remédier à cet inconvénient.
Ainsi, l’invention propose de fournir une vanne de régulation de gaz d’échappement améliorée et notamment dont l’encombrement est réduit. À cet effet, la présente invention a pour objet une vanne de régulation de gaz d’échappement destinée à être agencée au moins en partie dans un dispositif d’interface entre un système de dépollution de gaz d’échappement et un conduit d’échappement, le dispositif d’interface comprenant : une entrée agencée pour recevoir le gaz d’échappement sortant du système de dépollution, une sortie d’échappement agencée pour faire entrer le gaz d’échappement dans le conduit d’échappement, et une sortie auxiliaire pour le gaz d’échappement; la vanne comprenant : un corps délimitant un conduit interne comportant une extrémité destinée à être raccordée à la sortie auxiliaire du dispositif d’interface, et un volet comportant une première aile et une seconde aile, le volet étant monté mobile entre une position d’ouverture permettant le passage du gaz d’échappement dans le conduit interne et une position de fermeture empêchant ledit passage par la première aile, et pour que, lorsque le volet est en position d’ouverture, la seconde aile obture partiellement la sortie d’échappement du dispositif d’interface.
Ainsi, une telle vanne permet de gagner en encombrement et de favoriser la direction des gaz vers la ligne de recirculation basse pression permettant ainsi d’en faciliter l’intégration et de réduire les coûts de production.
La vanne de régulation de débit de fluide selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le corps de vanne est distinct du dispositif d’interface ; la vanne de régulation est configurée pour être agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface entre un système de dépollution comprenant un filtre à particules et le conduit d’échappement ; la section transversale du conduit interne est k fois inférieure à la section transversale de l’entrée du dispositif d’interface entre le système de dépollution et le conduit d’échappement, k étant compris entre 3 et 6, de préférence entre 4 et 5 ; la vanne de régulation est configurée pour être agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface, le dispositif d’interface faisant partie intégrante du système de dépollution ; - le dispositif d’interface comporte une portion tronconique et la vanne est destinée à être fixée sur la portion tronconique du dispositif d’interface ; - la vanne est configurée pour être vissée sur le dispositif d’interface ; le volet est en deux parties assemblées ; - la vanne comprend un joint d’étanchéité entre le dispositif d’interface et le conduit interne, ledit joint présentant une ouverture en correspondance avec la sortie auxiliaire pour le passage du fluide vers le conduit interne, le volet fermant ladite ouverture en position de fermeture ; le conduit interne comporte une autre extrémité destinée à être raccordée à un échangeur de chaleur intégré dans la ligne de recirculation de gaz d’échappement ; la vanne est une vanne de recirculation de gaz d’échappement du type basse pression ; le conduit interne comporte une autre extrémité agencée pour être raccordée à une ligne de recirculation de gaz d’échappement ; le système de dépollution comprend un catalyseur ; - le système de dépollution comprend un piège à NOx ; le système de dépollution comprend un dispositif de réduction catalytique sélective ; lorsque le volet est en position d’ouverture, la seconde aile obture partiellement la sortie d’échappement sans contact ; la vanne comporte des moyens de fixation au dispositif d’interface ; les première et seconde ailes du volet sont planes et en continuité l’une de l’autre ; l’axe de rotation du volet est décalé par rapport au plan de la première aile ; le joint est métallique ; le joint comporte un empilement d’au moins 2 pièces de joint ; le dispositif d’interface comporte une paroi interne additionnelle agencée pour guider les gaz d’échappement vers le conduit de recirculation lorsque le volet est en position d’ouverture. la vanne comprend des moyens d’actionnement du volet pour positionner le volet dans une position entre la position d’ouverture et la position de fermeture. L’invention concerne également un ensemble comportant un dispositif d’interface entre un système de dépollution (30) de gaz d’échappement et un conduit d’échappement (24),ainsi qu’ une vanne de régulation telle que décrite précédemment et agencée au moins en partie dans le dispositif d'interface. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs et illustrés, accompagnée des figures suivantes : la figure 1 est une vue schématique d’une architecture moteur dotée d’un système de recirculation de gaz d’échappement de type « basse pression » comprenant une vanne de régulation selon l’invention ; la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un mode de réalisation de la vanne de régulation agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface dans une position extrême de fermeture ; la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale de la vanne de régulation agencée de la figure 2 dans une position extrême d’ouverture ; la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un joint et d'un volet d’une vanne selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ledit volet étant dans une position de fermeture ; et la figure 5 est une vue schématique en coupe du joint et du volet de la figure 4, ledit volet étant dans une position d’ouverture,
La figure 6 est une vue schématique en coupe du volet et du dispositif d’interface selon un autre mode de réalisation.
Sur les figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l’invention.
La figure 1 représente schématiquement une architecture moteur 10 munie d'un système de recirculation de gaz d'échappement dite « basse pression ». Le moteur 12 est alimenté en gaz frais par un répartiteur d'admission 14 et rejette ses gaz brûlés dans un collecteur d'échappement 16.
Un compresseur 18, qui est en l'espèce un turbocompresseur, permet de comprimer les gaz d'admission en étant entraîné par les gaz d'échappement. Un échangeur de chaleur 20, monté dans le circuit d'admission 22, permet d'abaisser la température des gaz d'admission. Cet échangeur de chaleur 20 est communément désigné par l'homme du métier par son acronyme "RAS", qui signifie "refroidisseur d'air de suralimentation"; sa fonction est en effet de refroidir les gaz d'admission et en particulier l'air, dont on dit qu'il est suralimenté puisqu'il est comprimé.
Le circuit d'admission 22 alimente le compresseur 18 du turbocompresseur en air frais tandis qu'un conduit d'échappement 24 évacue les gaz brûlés à la sortie de la turbine 26 du turbocompresseur en leur faisant traverser un système de dépollution 30 des gaz d’échappement. De préférence, le système de dépollution 30 comporte un filtre à particules et/ou un catalyseur et/ou un piège à NOx et/ou un dispositif d’injection d’urée.
Le système de recirculation permet ici de prélever des gaz d'échappement en aval du système de dépollution 30, via un conduit de recirculation 32 sur lequel est disposé un autre échangeur de chaleur 34 et un moyen de sélection 36 pour prélever au moins une partie des gaz d’échappement et les diriger vers le conduit de recirculation 32. Les gaz d’échappement sont ensuite dirigés vers le répartiteur d’admission 14 du moteur 12 après mélange avec l’air frais aspiré à l’entrée du circuit d’admission 22. L’autre échangeur de chaleur 34, dit échangeur EGR en raison de son agencement sur la ligne de recirculation, est du type air/air ou air/eau.
Le moyen de sélection 36 est du type vanne de recirculation de gaz d’échappement du type basse pression.
Les termes « amont » et « aval » utilisés dans la présente description se réfèrent toujours au sens d'écoulement des gaz dans les conduits tel qu’indiqué par les flèches.
Selon l’invention et en référence aux figures 2 et 3, ce moyen de sélection 36 est une vanne de régulation de gaz d’échappement destinée à être agencée au moins en partie dans un dispositif d’interface 40 entre le système de dépollution 30 de gaz d’échappement et le conduit d’échappement 24. Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation de la vanne de régulation agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface 40 selon une vue schématique en coupe longitudinale. La vanne est distincte du dispositif d’interface. Le système de dépollution 30 comportant de préférence un filtre à particules est également visible sur ces figures.
Le dispositif d’interface 40 comporte un corps 42 présentant une entrée 44 agencée pour recevoir le gaz d’échappement sortant du système de dépollution 30, une sortie 46 d’évacuation ou d’échappement agencée pour faire entrer le gaz d’échappement dans le conduit d’échappement 24, et une sortie auxiliaire 48 pour le gaz d’échappement. La sortie auxiliaire 48 est destinée à être reliée au conduit de recirculation comme illustrée sur les figures 2 et 3.
Le corps 42 du dispositif d’interface 40 est configuré de sorte que la section de l’entrée 44 correspond à la section de la sortie 50 du système de dépollution 30 et la section de la sortie 46 d’échappement correspond à la section du conduit d’échappement 24. De préférence, la section transversale du conduit d’échappement 24 est inférieure à la section transversale de la sortie 50 du dispositif système de dépollution 30.
Avantageusement, le corps 42 du dispositif d’interface 40 comprend une portion tronconique, c’est-à-dire en forme d’entonnoir, afin d’assurer la liaison entre le système de dépollution 30 et le conduit d’échappement 24. En d’autres termes, la section transversale de la sortie d’échappement 50 est k fois inférieure à la section transversale de l’entrée 44 du dispositif d’interface 40, k étant compris entre 3 et 6, et de préférence entre 4 et 5.
De préférence, le dispositif d’interface 40 fait partie intégrante du système de dépollution, c’est-à-dire que le corps du dispositif d’interface est formé en continuité de matière avec le corps du système de dépollution. Néanmoins, selon d’autres alternatives, le dispositif d’interface 40 peut être distinct du système de dépollution 30 et fixé à ce dernier par divers moyens de fixations. Par exemple, le dispositif d’interface peut être vissé par l’intermédiaire d’une bride sur le système de dépollution.
En outre, un autre système de dépollution peut être avantageusement monté sur le conduit d’échappement en aval du premier système de dépollution et notamment en aval du dispositif d’interface dans lequel est agencé au moins en partie cette vanne de régulation de gaz d’échappement. Ainsi, le premier système de dépollution peut par exemple être un module comportant un catalyseur et un filtre à particules et le second système de dépollution un système de réduction catalytique sélective tel un système d’injection d’urée.
La vanne selon l’invention comporte un corps 60 délimitant un conduit interne 62 comportant une première extrémité 64 destinée à être raccordée à la sortie auxiliaire 48 du dispositif d’interface 40 et une seconde extrémité agencée pour être raccordée à une ligne de recirculation de gaz d’échappement 32.
Avantageusement, la seconde extrémité est configurée pour être raccordée à un échangeur de chaleur 34 intégré dans la ligne de recirculation de gaz d’échappement. L’échangeur de chaleur 34 est de type air/air ou de type air/eau.
En outre, la section transversale du conduit interne 62 est adaptée à la section de la sortie auxiliaire 48 du dispositif d’interface 40. De préférence, la section transversale du conduit interne 62 est k fois inférieure à la section transversale de l’entrée 44 du dispositif d’interface 40 entre le système de dépollution 30 et le conduit d’échappement 24, k étant compris entre 3 et 6, de préférence entre 4 et 5.
De plus, la vanne comporte également un volet 70 comportant une première aile 72 ou aile d’obturation et une seconde aile 74 également appelée par la suite aile de déviation.
Le volet 70 est monté mobile entre une position d’ouverture et une position de fermeture.
La position d’ouverture illustrée en figure 3 permet le passage des gaz d’échappement dans le conduit interne 62 en vue de leur recirculation vers l’admission.
La position de fermeture illustrée en figure 2 empêche ledit passage par la première aile 72.
La vanne comprend des moyens d’actionnement du volet 70 pour positionner le volet dans une position entre la position d’ouverture et la position de fermeture. De préférence, la rotation du volet 70 est commandée de sorte qu'il peut être figé dans une multiplicité de positions intermédiaires situées entre la position de fermeture et la position de complète ouverture.
En outre, le volet 70 est configuré pour que, lorsque le volet est en position d’ouverture illustrée sur la figure 3, la seconde aile 74 obture partiellement la sortie d’échappement 46 du dispositif d’interface 40 et de préférence sans contact avec le corps 42 du dispositif d’interface 40.
Le volet 70 va maintenant est décrit de façon détaillée en regard des figures 4 et 5. Comme indiqué précédemment, le volet 70 est monté mobile en rotation autour d'un axe 76 de rotation, entre une position de complète ouverture, pour laquelle il permet le passage des gaz d’échappement dans le conduit interne 62 avec un débit maximal, et une position de fermeture pour laquelle il obture entièrement ledit conduit interne 62. L’axe de rotation 76 du volet est décalé par rapport au plan de la première aile 72.
De préférence, les ailes 72, 74 du volet 70 sont de forme rectangulaire.
La première aile 72 et la seconde aile 74 sont planes, en parfaite continuité l'une de l'autre, et fixées l’une à l’autre de façon rigide.
De façon plus précise, la première aile 72 et la deuxième aile 74 se rejoignent au niveau d'un plan d'interface 78, ledit volet 70 étant doté d'un bras de levier 80 prenant naissance au niveau dudit plan d'interface 78 et se terminant par l'axe de rotation 76. Ce bras de levier 80 est sensiblement perpendiculaire au plan du volet 70 constitué par la première 72 et la deuxième 74 ailes.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, les deux ailes 72, 74 sont formées en continuité de matière l’une de l’autre. Selon un mode de réalisation alternatif, les deux ailes peuvent être en deux parties assemblées l’une à l’autre de façon rigide afin d’être en continuité l'une de l'autre.
Avantageusement, la vanne selon l’invention comprend en outre un joint 90 d’étanchéité entre le dispositif d’interface 40 et le conduit interne 62 du corps 60 de vanne. Le joint 90 est plan, de forme sensiblement rectangulaire et de faible épaisseur, et présente une portion pleine 92 et une ouverture 94 en correspondance avec la sortie auxiliaire pour le passage du fluide vers le conduit interne, le volet fermant ladite ouverture en position de fermeture.
En se référant à la figure 4, le volet 70 décrit est monté en rotation dans la vanne, de manière à ce que, en position de fermeture, la première aile 72 du volet 70 obture l'ouverture 94 en venant au contact d'une face dudit joint 90, et de manière à ce que la deuxième aile 74 du volet 70 affleure la face opposée dudit joint 90 au niveau de la portion pleine 92. L'axe de rotation 76 du volet 70 est de préférence placé au droit de l'ouverture 94 du joint 90, au niveau de la zone de ladite ouverture 94 la plus proche de la zone pleine 92 du joint 90.
En se référant à la figure 5, lorsque le volet 70 s'ouvre pour laisser passer les gaz d’échappement, les deux ailes 72, 74 pivotent simultanément dans le sens indiqué par les deux flèches 96, 98 pour s'écarter de la face du joint 90 contre laquelle elles étaient en appui ou en affleurement. Dans cette configuration, la première aile 72 du volet 70 libère l'ouverture 94 du joint 90, pour assurer le passage des gaz d’échappement dans le conduit.
Le joint 90 peut être réalisé en une seule pièce ou par un empilement d’au moins deux pièces de joint. En outre, le joint 90 est étendu de manière à pouvoir recouvrir les quatre arêtes périphériques du volet 70.
Avantageusement, le joint 90 est métallique, de préférence en inox rigide et le corps de vanne est par exemple en aluminium.
En variante, la vanne ne comporte pas de joint, et les ailes du volet sont en contact direct avec une surface d’appui aménagée sur une paroi du corps 42 du dispositif d’interface 40.
Comme indiqué précédemment, la vanne et le dispositif d’interface sont deux entités distinctes l’une de l’autre. La vanne selon l’invention est destinée à être agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface 40, notamment le volet 70 de la vanne est agencé et configuré pour être mobile à l’intérieur du corps 42 du dispositif d’interface 40.
Le corps de vanne est rapporté sur le corps du dispositif d’interface. Avantageusement, le corps 60 de vanne est fixé sur le corps 42 du dispositif d’interface par des moyens de fixation de la vanne. Notamment, la vanne comprend selon un mode de réalisation préféré une bride 100 de fixation du corps de vanne sur le corps du dispositif d’interface telle qu’illustrée sur les figures 2 et 3. Par exemple, la vanne est vissée sur le dispositif d’interface via la bride de fixation.
Dans ce cas, le joint 90 est de préférence inséré au niveau de son bord périphérique entre deux éléments de fonderie respectivement du corps 60 de vanne et du corps 42 du dispositif d’interface. Les deux éléments de fonderie sont par exemple en aluminium. En variante, l'un des éléments de fonderie peut être en aluminium tandis que l'autre élément de fonderie est en fonte ou en inox. De préférence, le bord périphérique du joint comporte ainsi un certain nombre d'orifices, destinés à être traversés par des vis pour fixer le joint entre lesdits éléments de fonderie.
Avantageusement, le dispositif d’interface comporte une paroi interne additionnelle 43, agencée pour guider les gaz d’échappement vers le conduit de recirculation 32 lorsque le volet 70 est en position d’ouverture. On évite ainsi que les gaz d’échappement rejoignent directement le conduit d’échappement 24 lorsque le volet 70 est en position d’ouverture. Comme on peut le voir sur la figure 6, grâce à la paroi interne additionnelle 43, l’espace disponible entre le volet 70 et la paroi la plus proche est réduit, de sorte que les gaz d’échappement sont guidés par le volet 70 vers le conduit de recirculation 32.
La paroi interne 43 peut être soudée dans le dispositif d’interface 40.
La paroi interne 43 peut comporter des évidements reliant les deux faces de la paroi. Les évidements peuvent être circulaires ou de forme oblongue. Les évidements permettent de limiter les turbulences générées par la paroi.
La vanne de régulation de gaz d’échappement selon l’invention est configurée pour être actionnée par un moteur électrique et pour être pilotée par un circuit de commande en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur thermique.
Ainsi, une vanne selon l’invention permet de gagner en encombrement et de favoriser la direction des gaz vers la ligne de recirculation basse pression permettant ainsi d’en faciliter l’intégration et de réduire les coûts de production.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Vanne de régulation de gaz d’échappement destinée à être agencée au moins en partie dans un dispositif d’interface (40) entre un système de dépollution (30) de gaz d’échappement et un conduit d’échappement (24), le dispositif d’interface comprenant : une entrée (44) agencée pour recevoir le gaz d’échappement sortant du système de dépollution (30), une sortie d’échappement (46) agencée pour faire entrer le gaz d’échappement dans le conduit d’échappement (24), et une sortie auxiliaire (48) pour le gaz d’échappement; la vanne comprenant : un corps (60) délimitant un conduit interne (62) comportant une extrémité destinée à être raccordée à la sortie auxiliaire (48) du dispositif d’interface (40), et un volet (70) comportant une première aile (72) et une seconde aile (74), le volet (70) étant monté mobile entre une position d’ouverture permettant le passage du gaz d’échappement dans le conduit interne (62) et une position de fermeture empêchant ledit passage par la première aile (72), et pour que, lorsque le volet (70) est en position d’ouverture, la seconde aile (74) obture partiellement la sortie d’échappement (46) du dispositif d’interface (40).
- 2. Vanne de régulation selon la revendication 1, dans laquelle le corps (60) de vanne est distinct du dispositif d’interface (40).
- 3. Vanne de régulation selon la revendication 1 ou 2, configurée pour être agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface (40) entre un système de dépollution comprenant un filtre à particules et le conduit d’échappement (24).
- 4. Vanne de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la section transversale du conduit interne (62) est k fois inférieure à la section transversale de l’entrée (44) du dispositif d’interface (40) entre le système de dépollution (30) et le conduit d’échappement (24), k étant compris entre 3 et 6, de préférence entre 4 et 5.
- 5. Vanne de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, configurée pour être agencée au moins en partie dans le dispositif d’interface (40), le dispositif d’interface (40) faisant partie intégrante du système de dépollution (30).
- 6. Vanne de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le dispositif d’interface (40) comporte une portion tronconique et la vanne est destinée à être fixée sur la portion tronconique du dispositif d’interface.
- 7. Vanne de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la vanne est configurée pour être vissée sur le dispositif d’interface (40).
- 8. Vanne de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le volet (70) est en deux parties assemblées.
- 9. Vanne de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la vanne comprend un joint (90) d’étanchéité entre le dispositif d’interface (40) et le conduit interne (62), ledit joint (90) présentant une ouverture (94) en correspondance avec la sortie auxiliaire (48) pour le passage du fluide vers le conduit interne (62), le volet (70) fermant ladite ouverture (94) en position de fermeture.
- 10. Ensemble comportant : - un dispositif d’interface entre un système de dépollution (30) de gaz d’échappement et un conduit d’échappement (24), - une vanne de régulation selon l’une des revendications précédentes et agencée au moins en partie dans le dispositif d'interface.
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