FR3101111A1 - Exhaust air injection device - Google Patents

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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

Dispositif d'injection d'air à l'échappement Système d'injection d'air (4) à l'échappement pour un moteur à combustion (3), comprenant :- un dispositif d'injection d'air (17), et - une électrovanne (20), le dispositif d'injection d'air (17) comprenant une culasse (6) et un couvercle de culasse (13), le couvercle de culasse comprenant un corps dans lequel est formé une première conduite d'air (25), la culasse comprenant un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air (26) et une conduite d'échappement des gaz (9), la première conduite d'air (25) étant reliée en amont à une pompe d'injection d'air (19), la première conduite d'air (25) étant reliée en aval à la deuxième conduite d'air (26), la deuxième conduite d'air (26) étant reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz (9), l'électrovanne (20) étant fixée contre le couvercle de culasse (13) et reliée en aval à la première conduite d'air (25). Figure pour l’abrégé : figure 2Exhaust air injection device System for injecting air (4) to the exhaust for a combustion engine (3), comprising: - an air injection device (17), and - a solenoid valve (20), the air injection device (17) comprising a cylinder head (6) and a cylinder head cover (13), the cylinder head cover comprising a body in which a first air duct is formed (25), the cylinder head comprising a body in which are formed a second air duct (26) and a gas exhaust duct (9), the first air duct (25) being connected upstream to a pump injection air (19), the first air duct (25) being connected downstream to the second air duct (26), the second air duct (26) being connected downstream to the duct exhaust gas (9), the solenoid valve (20) being fixed against the cylinder head cover (13) and connected downstream to the first air duct (25). Figure for the abstract: figure 2

Description

Dispositif d'injection d'air à l'échappementExhaust air injection device

L’invention concerne un dispositif d'injection d'air à l'échappement pour un moteur à combustion. L’invention porte aussi sur un système d'injection d'air à l'échappement pour un moteur à combustion. L’invention porte encore sur un groupe motopropulseur comprenant un tel dispositif d'injection d'air et/ou un tel système d'injection d'air. L'invention porte enfin sur un véhicule automobile comprenant un tel groupe motopropulseur et/ou un tel dispositif d'injection d'air et/ou un tel système d'injection d'air.The invention relates to a device for injecting air into the exhaust for a combustion engine. The invention also relates to an exhaust air injection system for a combustion engine. The invention also relates to a powertrain comprising such an air injection device and/or such an air injection system. The invention finally relates to a motor vehicle comprising such a powertrain and/or such an air injection device and/or such an air injection system.

Etat de la technique antérieureState of the prior art

Les moteurs à combustion interne d'un véhicule automobile peuvent disposer d’un système d'injection d'air à l'échappement, également dénommé système IAE ou système d'injection d'air secondaire. L'injection d'air frais mis sous pression dans des conduits d'échappement d'un moteur à combustion entraîne une combustion dans les conduits échappement de certains résidus. Cette combustion engendre une augmentation de la température des gaz d'échappement en amont d'organes de dépollution tel qu'un pot catalyseur, un filtre à particules, un dispositif de réduction catalytique sélective. Ces organes de dépollution n'étant efficaces qu’à partir d’une certaine température des gaz d'échappement (par exemple environ 400°C), l'intégration d'un système d'injection d'air à l'échappement permet d'améliorer leur fonctionnement. En particulier, lors d'un démarrage du moteur, un système d'injection d'air à l'échappement permet d'accélérer l’augmentation de la température d'un organe de dépollution, et ainsi de répondre aux normes antipollution.Motor vehicle internal combustion engines may have an exhaust air injection system, also referred to as an IAE system or secondary air injection system. The injection of pressurized fresh air into the exhaust ducts of a combustion engine causes combustion in the exhaust ducts of certain residues. This combustion causes an increase in the temperature of the exhaust gases upstream of pollution control devices such as a catalytic converter, a particulate filter, a selective catalytic reduction device. Since these depollution devices are only effective above a certain temperature of the exhaust gases (for example around 400°C), the integration of an air injection system in the exhaust makes it possible to improve their functioning. In particular, when the engine is started, an air injection system at the exhaust accelerates the increase in temperature of a pollution control device, and thus meets pollution standards.

Un système d’injection d’air à l’échappement est généralement composé d’une pompe d'injection d'air mettant sous pression de l’air capté en sortie d'un filtre à air, d’une électrovanne pilotant le débit d’air et d’un système de diffusion de l’air vers un collecteur d'échappement. Ces systèmes comprennent de nombreuses conduites. Ils sont donc lourds et volumineux et leur intégration dans un compartiment moteur peut être délicate. De plus, ces systèmes peuvent facilement s'encrasser. Les interfaces entre les nombreuses conduites peuvent également générer des fuites. Ainsi les systèmes d'injection d'air à l'échappement sont parfois peu fiables. Enfin les nombreuses conduites d'air provoquent des pertes de charge. La pompe d'un système d'injection d'air doit donc être suffisamment puissante pour compenser ces pertes de charge.An exhaust air injection system generally consists of an air injection pump pressurizing the air captured at the outlet of an air filter, a solenoid valve controlling the flow of air and an air diffusion system to an exhaust manifold. These systems include many pipes. They are therefore heavy and bulky and their integration into an engine compartment can be tricky. In addition, these systems can easily clog. The interfaces between the many pipes can also generate leaks. Thus the exhaust air injection systems are sometimes unreliable. Finally, the many air ducts cause pressure drops. The pump of an air injection system must therefore be powerful enough to compensate for these pressure drops.

Présentation de l'inventionPresentation of the invention

Le but de l’invention est de fournir un dispositif d'injection d'air à l'échappement remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs connus de l’art antérieur.The object of the invention is to provide a device for injecting air into the exhaust remedying the above drawbacks and improving the devices known from the prior art.

Plus précisément, un premier objet de l’invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui soit particulièrement léger et compact.More specifically, a first object of the invention is an exhaust air injection device which is particularly light and compact.

Un second objet de l’invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui ne s'encrasse pas facilement.A second object of the invention is a device for injecting air into the exhaust which does not clog easily.

Un troisième objet de l’invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui ne provoque pas de fuite d'air ou de fuite de gaz d'échappement.A third object of the invention is a device for injecting air into the exhaust which does not cause air leaks or exhaust gas leaks.

Un quatrième objet de l'invention un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui génère un minimum de perte de charge.A fourth object of the invention is a device for injecting air into the exhaust which generates a minimum pressure drop.

Un cinquième objet de l'invention est un dispositif d'injection d'air à l'échappement qui soit facilement accessible aux fins d'une éventuelle intervention pour réparation.A fifth object of the invention is a device for injecting air into the exhaust which is easily accessible for the purposes of a possible intervention for repair.

L'invention se rapporte à un système d'injection d'air à l'échappement pour un moteur à combustion, le système d'injection d'air comprenant :
- un dispositif d'injection d'air à l'échappement, et
- une électrovanne,
le dispositif d'injection d'air comprenant une culasse et un couvercle de culasse, le couvercle de culasse comprenant un corps dans lequel est formé une première conduite d'air, la culasse comprenant un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air et une conduite d'échappement des gaz, la première conduite d'air étant apte à être reliée en amont à une pompe d'injection d'air, la première conduite d'air étant reliée en aval à la deuxième conduite d'air, la deuxième conduite d'air étant reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz, l'électrovanne étant fixée contre le couvercle de culasse, l'électrovanne étant reliée en aval à la première conduite d'air.
The invention relates to an exhaust air injection system for a combustion engine, the air injection system comprising:
- a device for injecting air into the exhaust, and
- a solenoid valve,
the air injection device comprising a cylinder head and a cylinder head cover, the cylinder head cover comprising a body in which a first air duct is formed, the cylinder head comprising a body in which a second air duct is formed and a gas exhaust pipe, the first air pipe being able to be connected upstream to an air injection pump, the first air pipe being connected downstream to the second air pipe, the second air duct being connected downstream to the gas exhaust duct, the solenoid valve being fixed against the cylinder head cover, the solenoid valve being connected downstream to the first air duct.

Le système d'injection d'air peut comprendre un deuxième dispositif d'étanchéité entre la culasse et le couvercle de culasse, le deuxième dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement depuis la première conduite d'air ou depuis la deuxième conduite d'air.
The air injection system may include a second sealing device between the cylinder head and the cylinder head cover, the second sealing device being adapted to prevent air or exhaust gas leaks from the first conduit air or from the second air line.

Le deuxième dispositif d'étanchéité peut comprendre un joint en métal.
The second sealing device may include a metal gasket.

La culasse peut comprendre une pluralité de conduites d'échappement des gaz, et la deuxième conduite d'air peut comprendre une chambre et une pluralité de portions de conduites d'air, chaque portion de conduite d'air étant reliée en amont à ladite chambre, et chaque portion de conduite d'air étant reliée en aval respectivement à une des conduites d'échappement des gaz.
The cylinder head may include a plurality of gas exhaust ducts, and the second air duct may include a chamber and a plurality of air duct portions, each air duct portion being connected upstream to said chamber , and each air duct portion being connected downstream respectively to one of the gas exhaust ducts.

La première conduite d'air peut être agencée verticalement au-dessus de la deuxième conduite d'air, et la deuxième conduite d'air peut prolonger la première conduite d'air, la deuxième conduite d'air étant agencée verticalement au-dessus de la conduite d'échappement des gaz, de sorte qu'un condensat formé dans la première conduite d'air ou dans la deuxième conduite d'air ne puisse pas stagner dans la première conduite d'air ou dans la deuxième conduite d'air.
The first air duct can be arranged vertically above the second air duct, and the second air duct can extend the first air duct, the second air duct being arranged vertically above the gas exhaust line, so that a condensate formed in the first air line or in the second air line cannot stagnate in the first air line or in the second air line.

Le couvercle de culasse peut comprendre une interface de fixation pour l'électrovanne, l'interface de fixation comprenant un troisième dispositif d'étanchéité, le troisième dispositif d'étanchéité étant destiné à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement.
The cylinder head cover may comprise a fixing interface for the solenoid valve, the fixing interface comprising a third sealing device, the third sealing device being intended to prevent air or exhaust gas leaks.

Le système d'injection d'air se peut comprendre un support pour électrovanne, ledit support étant fixé directement contre le couvercle de culasse, l'électrovanne étant fixée directement contre ledit support, ledit support comprenant une chambre de collecte d’air reliée en aval à la première conduite d'air.
The air injection system may comprise a support for a solenoid valve, said support being fixed directly against the cylinder head cover, the solenoid valve being fixed directly against said support, said support comprising an air collection chamber connected downstream to the first air duct.

Le couvercle de culasse peut comprendre un évidement pour accroitre le volume de la chambre de collecte d'air.
The cylinder head cover may include a recess to increase the volume of the air collection chamber.

Le système d'injection d'air peut comprendre un premier dispositif d'étanchéité entre la culasse et le couvercle de culasse, le premier dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites de vapeur d'huile à l'extérieur d'un corps de culasse, le premier dispositif d'étanchéité comprenant un joint d'étanchéité en résine.
The air injection system may include a first sealing device between the cylinder head and the cylinder head cover, the first sealing device being adapted to prevent leaks of oil vapor outside a body cylinder head, the first sealing device comprising a resin gasket.

L'invention se rapporte également à un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion, le moteur à combustion comprenant un système d'injection d'air tel que défini précédemment.
The invention also relates to a powertrain comprising a combustion engine, the combustion engine comprising an air injection system as defined above.

L'invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant un système d'injection d'air tel que défini précédemment, et/ou un groupe motopropulseur tel que défini précédemment.The invention also relates to a motor vehicle comprising an air injection system as defined above, and/or a powertrain as defined above.

Présentation des figuresPresentation of figures

Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :These objects, characteristics and advantages of the present invention will be explained in detail in the following description of a particular embodiment given on a non-limiting basis in relation to the attached figures, among which:

La figure 1 est une vue schématique d'un véhicule automobile comprenant un dispositif d'admission d'air à l'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. FIG. 1 is a schematic view of a motor vehicle comprising an exhaust air intake device according to one embodiment of the invention.

La figure 2 est une vue en coupe de profil d'un moteur à combustion équipé d'un dispositif d'admission d'air à l'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. FIG. 2 is a side sectional view of a combustion engine fitted with an exhaust air intake device according to one embodiment of the invention.

La figure 3 une vue isométrique en perspective d'un couvercle de culasse du dispositif d'admission d'air à l'échappement. FIG. 3 is an isometric perspective view of a cylinder head cover of the exhaust air intake device.

La figure 4 est une vue isométrique de dessus du couvercle de culasse. Figure 4 is an isometric top view of the cylinder head cover.

La figure 5 est une vue isométrique de dessous du couvercle de culasse. Figure 5 is an isometric bottom view of the cylinder head cover.

Description détailléedetailed description

La figure 1 illustre schématiquement un véhicule 1 automobile équipé d’un groupe motopropulseur 2 selon un mode de réalisation de l'invention. Le véhicule 1 peut être de toute nature. Notamment, il peut être par exemple un véhicule particulier, un véhicule utilitaire, un camion ou un bus. Le groupe motopropulseur 2 comprend un moteur à combustion 3 et un système d'injection d'air à l'échappement 4.Figure 1 schematically illustrates a motor vehicle 1 equipped with a powertrain 2 according to one embodiment of the invention. The vehicle 1 can be of any kind. In particular, it may for example be a private vehicle, a utility vehicle, a truck or a bus. Powertrain 2 includes a combustion engine 3 and an exhaust air injection system 4.

Dans la description qui va suivre l'amont et l'aval sont définis en référence au sens d'écoulement naturel de l'air ou de gaz d'échappement. L'air ou les gaz d'échappement circulent de l'amont vers l'aval. De plus, on considère que le véhicule 1 repose sur un sol horizontal. L'axe vertical Z est représenté par un vecteur orienté de bas en haut.In the following description, upstream and downstream are defined with reference to the direction of natural flow of air or exhaust gases. Air or exhaust gases flow from upstream to downstream. Moreover, it is considered that the vehicle 1 rests on a horizontal ground. The vertical Z axis is represented by a vector oriented from bottom to top.

Le moteur à combustion 3 comprend un bloc moteur 5 dans lequel sont formés des cylindres, sièges de la combustion d'un carburant par exemple de l'essence ou du gazole. Les cylindres peuvent être en nombre quelconque, par exemple trois cylindres, quatre cylindres, six cylindres ou huit cylindres. Le moteur à combustion 3 comprend également une culasse 6 fixée au bloc moteur 5. La culasse 6 est une pièce du moteur à combustion assurant la fermeture haute des cylindres. La culasse 6 abrite ou supporte notamment des soupapes d'admission d'air, des soupapes d'échappement 7 ainsi que des arbres à cames 8 en liaison mécanique avec les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement 7. Les soupapes d'échappement sont des organes mécaniques séparant chacun des cylindres d'une conduite d'échappement des gaz 9. La conduite d'échappement des gaz 9 est un canal formé dans la culasse pour évacuer les gaz d'échappement, c’est-à-dire les gaz issus de la combustion du carburant dans les cylindres. La culasse peut comprendre autant de conduites d'échappement des gaz 9 distinctes qu'il y a de cylindre. Chaque conduite d'échappement des gaz conduit les gaz d'échappement depuis un cylindre vers l'extérieur de la culasse.The combustion engine 3 comprises an engine block 5 in which are formed cylinders, seats of the combustion of a fuel, for example gasoline or diesel. The cylinders can be any number, for example three cylinders, four cylinders, six cylinders or eight cylinders. The combustion engine 3 also comprises a cylinder head 6 fixed to the engine block 5. The cylinder head 6 is a part of the combustion engine ensuring the high closure of the cylinders. The cylinder head 6 houses or supports in particular air intake valves, exhaust valves 7 as well as camshafts 8 in mechanical connection with the intake valves and the exhaust valves 7. The valves exhaust are mechanical components separating each of the cylinders from a gas exhaust pipe 9. The gas exhaust pipe 9 is a channel formed in the cylinder head to evacuate the exhaust gases, that is to say the gases resulting from the combustion of the fuel in the cylinders. The cylinder head may comprise as many separate gas exhaust pipes 9 as there are cylinders. Each exhaust gas duct conducts exhaust gases from a cylinder to the outside of the cylinder head.

Le groupe motopropulseur comprend également un dispositif d'échappement comprenant un collecteur d'échappement 10, par exemple fixé contre la culasse en sortie des conduites d'échappement des gaz 9. Le collecteur d'échappement peut comprendre autant d'entrée que de conduites d'échappement des gaz et une unique sortie. Il est relié en aval à une conduite d'échappement 11, elle-même reliée en aval à un organe de dépollution 12. L'organe de dépollution peut être par exemple un pot catalyseur, un filtre à particules, un dispositif de réduction catalytique sélective (également dénommé dispositif SCR), ou tout autre organe apte à assainir ou réduire un taux de particules dans les gaz d'échappement. L'organe de dépollution peut requérir que les gaz d'échappement atteignent un seuil de température pour fonctionner de manière optimale, par exemple un seuil de 400°C environ.The powertrain also comprises an exhaust device comprising an exhaust manifold 10, for example fixed against the cylinder head at the outlet of the gas exhaust ducts 9. The exhaust manifold may comprise as many inlets as there are exhaust ducts. gas exhaust and a single outlet. It is connected downstream to an exhaust pipe 11, itself connected downstream to a depollution device 12. The depollution device can be, for example, a catalytic converter, a particulate filter, a selective catalytic reduction device (also called SCR device), or any other device capable of purifying or reducing the rate of particles in the exhaust gases. The pollution control device may require the exhaust gases to reach a temperature threshold in order to operate optimally, for example a threshold of approximately 400° C.

Le moteur à combustion 3 comprend aussi un couvercle de culasse 13, ou couvre-culasse ou encore chapeau de culasse. Le couvercle de culasse est une partie supérieure du moteur à combustion 3 recouvrant la culasse 6. Comme représenté sur la figure 2, le couvercle de culasse 13 peut être monté en appui vertical sur la culasse 6. Un plan P1 sensiblement horizontal peut séparer verticalement le couvercle de culasse 13 de la culasse 6. La culasse 6 peut comprendre deux demi-paliers inférieurs 14 et le couvercle de culasse 13 peut comprendre deux demi-paliers supérieurs 15. Les deux demi-paliers inférieurs 14 coopèrent avec les deux demi-paliers supérieurs 15 pour former deux paliers supportant deux arbres à cames. L'ensemble formé par la culasse 6 et le couvercle de culasse 13 forme un volume intérieur 16 étanche dans lequel peuvent être agencés notamment les arbres à cames 8 et les soupapes 7. De l'huile, sous forme de vapeur ou de gouttelettes, peut se trouver dans ce volume intérieur 16 afin de lubrifier différents éléments mobiles du moteur à combustion, notamment afin de lubrifier les arbres à cames et les soupapes.The combustion engine 3 also includes a cylinder head cover 13, or cylinder head cover or even cylinder head cap. The cylinder head cover is an upper part of the combustion engine 3 covering the cylinder head 6. As shown in Figure 2, the cylinder head cover 13 can be mounted in vertical support on the cylinder head 6. A substantially horizontal plane P1 can vertically separate the cylinder head cover 13 of the cylinder head 6. The cylinder head 6 can comprise two lower half-bearings 14 and the cylinder head cover 13 can comprise two upper half-bearings 15. The two lower half-bearings 14 cooperate with the two upper half-bearings 15 to form two bearings supporting two camshafts. The assembly formed by the cylinder head 6 and the cylinder head cover 13 forms a sealed interior volume 16 in which the camshafts 8 and the valves 7 can be arranged in particular. Oil, in the form of vapor or droplets, can be located in this interior volume 16 in order to lubricate various moving parts of the combustion engine, in particular in order to lubricate the camshafts and the valves.

La culasse et le couvercle de culasse peuvent être des pièces monobloc. Ils peuvent être constitués de métal. Ils peuvent être obtenus par usinage et/ou par fonderie. Le couvercle de culasse est fixé de manière étanche à la culasse, par exemple au moyen de vis de fixation. Comme visible sur les figures 3, 4 et 5 la culasse et le couvercle de culasse peuvent comprendre en outre des nervures de rigidification, des ouvertures destinées à accueillir par exemple des injecteurs et/ou des bougies.The cylinder head and the cylinder head cover can be one-piece parts. They can be made of metal. They can be obtained by machining and/or by foundry. The cylinder head cover is fixed in leaktight manner to the cylinder head, for example by means of fixing screws. As visible in Figures 3, 4 and 5 the cylinder head and the cylinder head cover may further comprise stiffening ribs, openings intended to accommodate, for example, injectors and/or spark plugs.

Le système d'injection d'air à l'échappement 4 comprend un dispositif d'injection d'air 17 formé dans la culasse 6 et le couvercle de culasse 13. Il comprend également un filtre air 18, une pompe d'injection d'air 19, et une électrovanne 20. Le filtre à air 18 est relié en aval à la pompe d'injection d'air 19 par une première conduite externe 21. La pompe d'injection d'air 19 est reliée en aval à l'électrovanne 20 par une deuxième conduite externe 22.The exhaust air injection system 4 comprises an air injection device 17 formed in the cylinder head 6 and the cylinder head cover 13. It also comprises an air filter 18, an injection pump 19, and a solenoid valve 20. The air filter 18 is connected downstream to the air injection pump 19 by a first external pipe 21. The air injection pump 19 is connected downstream to the solenoid valve 20 via a second external pipe 22.

Le filtre à air 18 est un organe apte à prélever de l'air frais en provenance de l'extérieur et à le filtrer. Notamment il peut filtrer des particules en suspension dans l'air pour empêcher qu'elles ne rentrent plus en avant dans le système d'injection d'air à l'échappement. Le filtre à air 18 peut également servir à filtrer l'air frais qui est apporté dans les cylindres via des conduites d'admission pour permettre la combustion du carburant.The air filter 18 is a device capable of taking fresh air from outside and filtering it. In particular, it can filter particles suspended in the air to prevent them from entering the air injection system at the exhaust. The air filter 18 can also be used to filter the fresh air which is supplied to the cylinders via intake ducts to allow fuel combustion.

La pompe d'injection d'air 19, ou plus simplement pompe à air 19, est une pompe apte à mettre l'air en provenance du filtre à air 18 sous pression. Elle peut être reliée électriquement à une source d'énergie électrique et à une unité de commande électronique. Son activation peut être contrôlée par des ordres de commande émis par l'unité de commande électronique.The air injection pump 19, or more simply air pump 19, is a pump capable of putting the air coming from the air filter 18 under pressure. It can be electrically connected to a source of electrical energy and to an electronic control unit. Its activation can be controlled by control commands issued by the electronic control unit.

L'électrovanne 20 est un organe apte à contrôler le débit d'air la traversant. Elle peut comprendre un connecteur relié électriquement à unité de commande électronique. Des ordres de commande émis par l'unité de commande électronique permettent de contrôler le débit d'air traversant l'électrovanne. Elle est fixée au couvercle de culasse 13 par l'intermédiaire d'un support 23. Le support 23 est fixé, par exemple vissé, directement contre le couvercle de culasse et l'électrovanne est fixée, par exemple vissée directement contre le support 23. Le support 23 est fixée sur une interface de fixation 24 du couvercle de culasse bien visible sur la figure 4. L'électrovanne est ainsi fermement maintenue contre le moteur à combustion 3, sans porte-à-faux. Une telle fixation de l'électrovanne est particulièrement fiable et résistante aux vibrations. Le support 23 comprend une chambre de collecte d’air reliée en aval au dispositif d'injection d'air 17. Le support 23 peut aussi comprendre un canal relié en amont à la chambre de collecte d'air et en aval au dispositif d'injection d'air 17, notamment à une première conduite d'air 25 formée dans le couvercle de la culasse. En variante le support 23 et le couvercle de culasse pourrait former une seule et même pièce. Autrement dit, l'électrovanne pourrait être fixée directement contre le couvercle de culasse.The solenoid valve 20 is a device capable of controlling the flow of air passing through it. It may include a connector electrically connected to the electronic control unit. Control commands issued by the electronic control unit make it possible to control the flow of air passing through the solenoid valve. It is fixed to the cylinder head cover 13 via a support 23. The support 23 is fixed, for example screwed, directly against the cylinder head cover and the solenoid valve is fixed, for example screwed directly against the support 23. The support 23 is fixed on a fixing interface 24 of the cylinder head cover clearly visible in FIG. 4. The solenoid valve is thus firmly held against the combustion engine 3, without overhang. Such fixing of the solenoid valve is particularly reliable and resistant to vibrations. The support 23 comprises an air collection chamber connected downstream to the air injection device 17. The support 23 may also comprise a channel connected upstream to the air collection chamber and downstream to the injection device. injection of air 17, in particular to a first air duct 25 formed in the cover of the cylinder head. Alternatively the support 23 and the cylinder head cover could form a single piece. In other words, the solenoid valve could be fixed directly against the cylinder head cover.

Le couvercle de culasse peut également comprendre un évidement de manière à économiser de la matière et à accroitre le volume de la chambre de collecte. Cet évidement peut avantageusement être positionné, en dessous de l’électrovanne 20.The cylinder head cover may also include a recess so as to save material and increase the volume of the collection chamber. This recess can advantageously be positioned below the solenoid valve 20.

Nous allons à présent décrire plus en détail le dispositif d'injection d'air 17, c’est-à-dire une partie du système d'injection d'air à l'échappement 4 formé dans le corps du moteur à combustion.We will now describe in more detail the air injection device 17, that is, a part of the exhaust air injection system 4 formed in the body of the combustion engine.

Le couvercle de culasse 13 comprend un corps dans lequel est formé la première conduite d'air 25. De même, la culasse comprend un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air 26 et la conduite d'échappement des gaz 9. La première conduite d'air 25 et le deuxième conduite d'air sont donc des évidements réalisés respectivement dans le corps du couvercle de culasse 13 et dans le corps de la culasse 6. La première conduite d'air 25 est reliée (c’est-à-dire raboutée) en aval à la deuxième conduite d'air 26. La deuxième conduite d'air 26 est reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz 9.The cylinder head cover 13 comprises a body in which the first air duct 25 is formed. Similarly, the cylinder head comprises a body in which a second air duct 26 and the gas exhaust duct 9 are formed. first air duct 25 and the second air duct are therefore recesses made respectively in the body of the cylinder head cover 13 and in the body of the cylinder head 6. The first air duct 25 is connected (i.e. that is to say butted) downstream to the second air duct 26. The second air duct 26 is connected downstream to the gas exhaust duct 9.

La première conduite d'air 25 comprend donc une entrée qui peut être agencée sur une face supérieure du couvercle de culasse et une sortie qui peut être agencée sur une face inférieure du couvercle de culasse, la face inférieure étant en contact avec la culasse 6. En parcourant la première conduite d'air de son entrée vers sa sortie, c’est-à-dire de l'amont vers l'aval, on constate qu'elle suit une trajectoire descente, voire localement horizontale.The first air duct 25 therefore comprises an inlet which can be arranged on an upper face of the cylinder head cover and an outlet which can be arranged on a lower face of the cylinder head cover, the lower face being in contact with the cylinder head 6. By traversing the first air duct from its inlet to its outlet, that is to say from upstream to downstream, it is observed that it follows a downward trajectory, even locally horizontal.

De même, la deuxième conduite d'air 26 comprend une entrée agencée sur une face supérieure de la culasse et une sortie qui peut être agencée sur une face latérale de la culasse. En parcourant la deuxième conduite d'air de son entrée vers sa sortie, c’est-à-dire de l'amont vers l'aval, on constate qu'elle suit une trajectoire également descente, voire localement horizontale.Similarly, the second air duct 26 comprises an inlet arranged on an upper face of the cylinder head and an outlet which can be arranged on a side face of the cylinder head. By traversing the second air duct from its inlet to its outlet, that is to say from upstream to downstream, it can be seen that it follows an equally downward trajectory, even locally horizontal.

La première conduite d'air 25 est agencée au-dessus de la deuxième conduite d'air 26. La deuxième conduite d'air prolonge la première conduite d'air 25 et est agencée au-dessus de la conduite d'échappement des gaz 9. Ainsi, un liquide ou un condensat formé dans la première conduite d'air ne peut pas y stagner et est évacué par gravité vers la deuxième conduite d'air. De même, un liquide ou un condensat formé dans la deuxième conduite d'air ne peut pas y stagner et est évacué par gravité vers la conduite d'échappement des gaz 9. Autrement dit, ni la première conduite d'air 25 ni la deuxième conduite d'air 26 ne comprend un point bas formant un volume de rétention pour un liquide. L'orientation de la première conduite d'air et de la deuxième conduite d'air pourrait être rendue aussi verticale que possible pour favoriser l'écoulement par gravité de tout liquide ou condensat vers la conduite d'échappement.The first air duct 25 is arranged above the second air duct 26. The second air duct extends the first air duct 25 and is arranged above the gas exhaust duct 9 Thus, a liquid or a condensate formed in the first air duct cannot stagnate there and is evacuated by gravity towards the second air duct. Similarly, a liquid or a condensate formed in the second air duct cannot stagnate there and is evacuated by gravity towards the gas exhaust duct 9. In other words, neither the first air duct 25 nor the second air duct 26 does not include a low point forming a retention volume for a liquid. The orientation of the first air duct and the second air duct could be made as vertical as possible to promote gravity flow of any liquid or condensate to the exhaust duct.

En référence aux figures 1 ,2 et 5 l’ensemble formé par la culasse et le couvre-culasse comprend un premier dispositif d'étanchéité 31 et un deuxième dispositif d'étanchéité 32, tous les deux agencés entre la culasse et le couvercle de culasse le long du plan P1. Le premier dispositif d'étanchéité est apte à empêcher des fuites de vapeur d'huile à l'extérieur de l'ensemble formé par la culasse et le couvercle de culasse. Le premier dispositif d'étanchéité peut être agencé autour du volume intérieur 16, dans lequel de l'huile de lubrification peut se trouver sous pression. Le deuxième dispositif d'étanchéité est apte à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement depuis la première conduite d'air ou depuis la deuxième conduite d'air du dispositif d’injection d’air. Il est agencé autour de l'interface formée entre la première conduite d'air et la deuxième conduite d'air. Il peut avoir une forme reproduisant sensiblement la forme d'une section de la première conduite d'air et de la deuxième conduite d'air, par exemple une forme globalement circulaire ou globalement rectangulaire.Referring to Figures 1, 2 and 5 the assembly formed by the cylinder head and the cylinder head cover comprises a first sealing device 31 and a second sealing device 32, both arranged between the cylinder head and the cylinder head cover along the plane P1. The first sealing device is capable of preventing oil vapor leaks outside the assembly formed by the cylinder head and the cylinder head cover. The first sealing device can be arranged around the interior volume 16, in which the lubricating oil can be under pressure. The second sealing device is capable of preventing air or exhaust gas leaks from the first air duct or from the second air duct of the air injection device. It is arranged around the interface formed between the first air duct and the second air duct. It may have a shape substantially reproducing the shape of a section of the first air duct and of the second air duct, for example a globally circular or globally rectangular shape.

Les deux dispositifs d'étanchéité sont donc soumis à des contraintes différentes. Le premier dispositif est conçu pour résister à un environnement chargé d'huile de lubrification, et le deuxième dispositif est conçu pour résister à de l'air sous pression en provenance de l'amont ou éventuellement à des gaz d'échappement à haute température qui remontraient épisodiquement vers l'amont depuis la conduite d'échappement des gaz 9. Avantageusement, le premier dispositif d'étanchéité 31 peut comprendre un joint d'étanchéité en résine. Le deuxième dispositif d'étanchéité peut comprend un joint en métal. Dans une variante de réalisation le dispositif d'injection d'air pourrait comprendre un unique dispositif d'étanchéité à la fois résistant à l'huile, à l'air sous pression et aux gaz d'échappement. Cet unique dispositif d'étanchéité pourrait par exemple être un joint en métal. Toutefois, un unique dispositif d'étanchéité serait plus complexe et plus couteux à mettre en œuvre que deux dispositifs d'étanchéité distincts et de nature différent.The two sealing devices are therefore subject to different constraints. The first device is designed to withstand an environment laden with lubricating oil, and the second device is designed to withstand pressurized air from upstream or possibly high temperature exhaust gases which occasionally rose upstream from the gas exhaust pipe 9. Advantageously, the first sealing device 31 may comprise a resin seal. The second sealing device may include a metal seal. In a variant embodiment, the air injection device could comprise a single sealing device that is simultaneously resistant to oil, pressurized air and exhaust gases. This single sealing device could for example be a metal gasket. However, a single sealing device would be more complex and more expensive to implement than two separate sealing devices of a different nature.

En référence à la figure 4, le couvercle de carter comprend en outre un troisième dispositif d'étanchéité 33 agencé sur l'interface de fixation 24 pour le support 23 maintenant l'électrovanne 20. De manière analogue au deuxième dispositif d'étanchéité, le troisième dispositif d'étanchéité 33 est conçu pour résister à de l'air sous pression en provenance de l'amont ou éventuellement à des gaz d'échappement qui remontraient épisodiquement vers l'amont depuis la conduite d'échappement des gaz 9. Le troisième dispositif d'étanchéité peut comprend un joint en métal.Referring to Figure 4, the housing cover further comprises a third sealing device 33 arranged on the attachment interface 24 for the support 23 holding the solenoid valve 20. Analogously to the second sealing device, the The third sealing device 33 is designed to resist pressurized air coming from upstream or possibly exhaust gases which occasionally rise upstream from the gas exhaust pipe 9. The third sealing device may include a metal gasket.

Le système d'injection d'air à l'échappement ainsi constitué permet d'économiser une conduite d'air comparativement aux systèmes d'injection d'air à l'échappement connus de l'état de la technique. En effet avec le système selon l'invention, il n'y a pas besoin de prévoir une conduite entre l'électrovanne 20 et le couvercle de culasse. On gagne ainsi de la place dans le compartiment moteur dans lequel est positionné le moteur à combustion. De plus les canalisations formées par les conduites d'air 25 et 26 participent à l'allègement du moteur à combustion.The system for injecting air into the exhaust thus constituted makes it possible to economize on an air line compared to the systems for injecting air into the exhaust known from the state of the art. Indeed, with the system according to the invention, there is no need to provide a pipe between the solenoid valve 20 and the cylinder head cover. This saves space in the engine compartment in which the combustion engine is positioned. In addition, the pipes formed by the air ducts 25 and 26 participate in lightening the combustion engine.

En référence à la figure 2, le moteur à combustion 3 peut être positionné à faible distance d'un capot 34 du véhicule. L'électrovanne peut être positionnée de sorte à être accessible directement sous le capot 34 du véhicule. Son entretien et/ou son éventuel remplacement est ainsi facilité.Referring to Figure 2, the combustion engine 3 can be positioned at a short distance from a bonnet 34 of the vehicle. The solenoid valve can be positioned so as to be directly accessible under the bonnet 34 of the vehicle. Its maintenance and/or possible replacement is thus facilitated.

Lorsque le moteur à combustion fonctionne, de l'air frais est aspiré depuis l'extérieur par la pompe d'injection d'air. L'air frais entre dans le système d'injection d'air à l'échappement 4 par le filtre à air 18, il traverse ensuite la première conduite externe 21, puis la pompe d'injection d'air 19. L'air est mis sous pression par la pompe d'injection d'air 19, il traverse la deuxième conduite externe 22, puis parvient à l'électrovanne 20. En fonction de l'état de l'électrovanne contrôlé par l'unité de commande électronique, le débit d'air traversant l'électrovanne 20 peut être ajusté. Il traverse ensuite le support 23 puis arrive dans le dispositif d'injection d'air au niveau du couvercle de culasse 13. Grâce au troisième dispositif d'étanchéité 33, aucune fuite d'air ou de gaz d'échappement ne survient à l'interface entre le support 23 et le couvercle de culasse. L'air traverse ensuite la première conduite d'air 25 et parvient à la deuxième conduite d'air 26 intégrée à la culasse. Grâce au deuxième dispositif d'étanchéité 32, aucune fuite d'air ou de gaz d'échappement ne survient à l'interface entre la première conduite d'air et la deuxième conduite d'air. L'air arrive ensuite dans la chambre 27 depuis laquelle il est réparti dans les portions de conduite d'air 28. L'air est ensuite injecté dans les conduites d'échappement des gaz 9 au plus près des soupapes d'échappement 7. Le parcours de l'air depuis l'extérieur jusqu'aux conduites d'échappement des gaz offre une faible perte de charge et une bonne homogénéité de répartition dans les différentes conduites d'échappement des gaz 9. L'air ainsi mélangé au gaz d'échappement permet la combustion des résidus présents dans les gaz d'échappement. La température des gaz d'échappement peut ainsi augmenter rapidement, dès le démarrage du moteur à combustion. Les gaz d'échappement sont ensuite évacués hors du moteur à combustion 3 en passant par le collecteur d'échappement 10, la conduite d'échappement 11 et l'organe de dépollution 12. Les gaz d'échappement ayant atteint une température importante, l'organe de dépollution peut fonctionner de manière optimale. Les gaz d'échappement ainsi traités peuvent ensuite être évacués hors du véhicule. Lorsqu'un condensat se forme dans le système d'injection d'air à l'échappement, celui-ci est guidé par gravité vers la conduite d'échappement des gaz 9. Il ne peut donc pas stagner ou s'accumuler dans l'une dans conduites du système d'injection d'air à l'échappement. Parallèlement à ce fonctionnement, les différents organes mobiles au sein de la culasse 6 peuvent être lubrifiés avec de l'huile sous pression. L'huile sous pression ne s'échappe pas par l'interface entre le couvercle de culasse et la culasse grâce au premier dispositif d'étanchéité 31.When the combustion engine is running, fresh air is sucked in from outside by the air injection pump. The fresh air enters the air injection system at the exhaust 4 through the air filter 18, it then passes through the first external pipe 21, then the air injection pump 19. The air is pressurized by the air injection pump 19, it crosses the second external pipe 22, then reaches the solenoid valve 20. Depending on the state of the solenoid valve controlled by the electronic control unit, the air flow through the solenoid valve 20 can be adjusted. It then passes through the support 23 and then arrives in the air injection device at the level of the cylinder head cover 13. Thanks to the third sealing device 33, no air or exhaust gas leak occurs at the interface between the support 23 and the cylinder head cover. The air then passes through the first air duct 25 and reaches the second air duct 26 integrated into the cylinder head. Thanks to the second sealing device 32, no air or exhaust gas leak occurs at the interface between the first air duct and the second air duct. The air then arrives in the chamber 27 from which it is distributed in the air duct portions 28. The air is then injected into the gas exhaust ducts 9 as close as possible to the exhaust valves 7. The path of the air from the outside to the gas exhaust ducts offers a low pressure drop and good distribution homogeneity in the various gas exhaust ducts 9. The air thus mixed with the exhaust gas exhaust allows the combustion of the residues present in the exhaust gases. The temperature of the exhaust gases can thus increase rapidly, as soon as the combustion engine is started. The exhaust gases are then evacuated from the combustion engine 3 via the exhaust manifold 10, the exhaust pipe 11 and the pollution control unit 12. The exhaust gases having reached a high temperature, the pollution control unit can function optimally. The exhaust gases thus treated can then be evacuated from the vehicle. When condensate forms in the exhaust air injection system, it is guided by gravity to the gas exhaust line 9. It therefore cannot stagnate or accumulate in the one in the exhaust air injection system lines. Along with this operation, the various moving parts within the cylinder head 6 can be lubricated with pressurized oil. The pressurized oil does not escape through the interface between the cylinder head cover and the cylinder head thanks to the first sealing device 31.

Claims (11)

Système d'injection d'air (4) à l'échappement pour un moteur à combustion (3), caractérisé en ce qu'il comprend :
- un dispositif d'injection d'air (17), et
- une électrovanne (20),
le dispositif d'injection d'air (17) comprenant une culasse (6) et un couvercle de culasse (13), le couvercle de culasse comprenant un corps dans lequel est formé une première conduite d'air (25), la culasse comprenant un corps dans lequel sont formés une deuxième conduite d'air (26) et une conduite d'échappement des gaz (9), la première conduite d'air (25) étant apte à être reliée en amont à une pompe d'injection d'air (19), la première conduite d'air (25) étant reliée en aval à la deuxième conduite d'air (26), la deuxième conduite d'air (26) étant reliée en aval à la conduite d'échappement des gaz (9), l'électrovanne (20) étant fixée contre le couvercle de culasse (13), l'électrovanne (20) étant reliée en aval à la première conduite d'air (25).
Exhaust air injection system (4) for a combustion engine (3), characterized in that it comprises:
- an air injection device (17), and
- a solenoid valve (20),
the air injection device (17) comprising a cylinder head (6) and a cylinder head cover (13), the cylinder head cover comprising a body in which a first air duct (25) is formed, the cylinder head comprising a body in which a second air duct (26) and a gas exhaust duct (9) are formed, the first air duct (25) being able to be connected upstream to a fuel injection pump air (19), the first air duct (25) being connected downstream to the second air duct (26), the second air duct (26) being connected downstream to the exhaust duct of the gas (9), the solenoid valve (20) being fixed against the cylinder head cover (13), the solenoid valve (20) being connected downstream to the first air duct (25).
Système d'injection d'air (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième dispositif d'étanchéité (32) entre la culasse (6) et le couvercle de culasse (13), le deuxième dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement depuis la première conduite d'air ou depuis la deuxième conduite d'air.
Air injection system (4) according to the preceding claim, characterized in that it comprises a second sealing device (32) between the cylinder head (6) and the cylinder head cover (13), the second sealing device the seal being capable of preventing air or exhaust gas leaks from the first air duct or from the second air duct.
Système d'injection d'air (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième dispositif d'étanchéité (32) comprend un joint en métal.
Air injection system (4) according to the preceding claim, characterized in that the second sealing device (32) comprises a metal seal.
Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la culasse (6) comprend une pluralité de conduites d'échappement des gaz (9), et en ce que la deuxième conduite d'air (26) comprend une chambre (27) et une pluralité de portions de conduites d'air (28), chaque portion de conduite d'air (28) étant reliée en amont à ladite chambre (27), et chaque portion de conduite d'air étant reliée en aval respectivement à une des conduites d'échappement des gaz (9).
Air injection system (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder head (6) comprises a plurality of gas exhaust ducts (9), and in that the second exhaust duct air (26) comprises a chamber (27) and a plurality of portions of air ducts (28), each portion of air duct (28) being connected upstream to said chamber (27), and each portion of duct air being connected downstream respectively to one of the gas exhaust pipes (9).
Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première conduite d'air (25) est agencée verticalement au-dessus de la deuxième conduite d'air (26), et en ce que la deuxième conduite d'air (26) prolonge la première conduite d'air (25), la deuxième conduite d'air (26) étant agencée verticalement au-dessus de la conduite d'échappement des gaz (9), de sorte qu'un condensat formé dans la première conduite d'air (25) ou dans la deuxième conduite d'air (26) ne puisse pas stagner dans la première conduite d'air ou dans la deuxième conduite d'air.
Air injection system (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the first air duct (25) is arranged vertically above the second air duct (26), and in that the second air duct (26) extends the first air duct (25), the second air duct (26) being arranged vertically above the gas exhaust duct (9), so that a condensate formed in the first air duct (25) or in the second air duct (26) cannot stagnate in the first air duct or in the second air duct.
Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé que le couvercle de culasse (13) comprend une interface de fixation (24) pour l'électrovanne (20), l'interface de fixation (24) comprenant un troisième dispositif d'étanchéité (33), le troisième dispositif d'étanchéité étant destiné à empêcher des fuites d'air ou de gaz d'échappement.
Air injection system (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder head cover (13) comprises a fixing interface (24) for the solenoid valve (20), the fixing interface (24 ) comprising a third sealing device (33), the third sealing device being intended to prevent air or exhaust gas leaks.
Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un support (23) pour électrovanne, ledit support (23) étant fixé directement contre le couvercle de culasse (13), l'électrovanne (20) étant fixée directement contre ledit support (23), ledit support comprenant une chambre de collecte d’air reliée en aval à la première conduite d'air (25).
Air injection system (4) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a support (23) for the solenoid valve, the said support (23) being fixed directly against the cylinder head cover (13), the solenoid valve (20) being fixed directly against the said support (23), the said support comprising an air collection chamber connected downstream to the first air conduit (25).
Système d'injection d'air (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce le couvercle de culasse comprend un évidement pour accroitre le volume de la chambre de collecte d'air.
Air injection system (4) according to the preceding claim, characterized in that the cylinder head cover comprises a recess to increase the volume of the air collection chamber.
Système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif d'étanchéité (31) entre la culasse (6) et le couvercle de culasse (13), le premier dispositif d'étanchéité étant apte à empêcher des fuites de vapeur d'huile à l'extérieur d'un corps de culasse (6), le premier dispositif d'étanchéité (31) comprenant un joint d'étanchéité en résine.
Air injection system (4) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a first sealing device (31) between the cylinder head (6) and the cylinder head cover (13), the a first sealing device being adapted to prevent leakage of oil vapor outside a cylinder head body (6), the first sealing device (31) comprising a resin gasket.
Groupe motopropulseur (2) caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion (3), le moteur à combustion (3) comprenant un système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes.
Powertrain (2) characterized in that it comprises a combustion engine (3), the combustion engine (3) comprising an air injection system (4) according to one of the preceding claims.
Véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection d'air (4) selon l'une des revendications précédentes, et/ou un groupe motopropulseur (2) selon la revendication précédente.

Motor vehicle (1), characterized in that it comprises an air injection system (4) according to one of the preceding claims, and/or a powertrain (2) according to the preceding claim.

FR1910528A 2019-09-24 2019-09-24 Exhaust air injection device Active FR3101111B1 (en)

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