WO2015010903A1 - Dispositif d'introduction, dans un cylindre de moteur à combustion interne, de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés - Google Patents

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Julio GUERRA
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Definitions

  • the present invention applies to the field of air supply of internal combustion engines. It is more particularly multicylinder engines and devices used to control the flow of intake gas and recirculated exhaust gas to the cylinders.
  • the engines concerned by the invention can be spark ignition or compression ignition (diesel engine) and they can be supercharged or supplied at atmospheric pressure.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • exhaust gas will be used specifically to designate the gases resulting from the combustion process between the fuel and the feed air in the engine, before any mixing.
  • an engine operates with all of its cylinders following a known cycle (Admission - Compression - Combustion / Relaxation - Exhaust).
  • This cycle is characterized by its efficiency, which is recognized as optimal when the losses due to the transfer of gases, also known as pump losses, during the intake and exhaust phases are minimal.
  • it has already been proposed to deactivate one or more cylinders during operation at low load or, more generally, when the requested power can be provided by only a portion of the engine cylinders.
  • the device presented in the aforementioned document poses implementation difficulties.
  • the good performance of the engine depends in particular on a proper gas supply of each cylinder.
  • the introduction of partitioning in the collector disturbs the distribution of the cylinder feed streams.
  • the intake manifold incorporates a heat exchanger to cool the intake gases, in order to increase its density. Given this integration and congestion constraints, the space left free in the collector is then insufficient to practice a partition that feeds the cylinders properly.
  • the object of the present invention is to make it possible to implement, on an existing engine, cylinder deactivation by supplying it with exhaust gas in a reliable manner, flexible as regards the control of the cylinders, and without the need to rethink the design. of the admission system.
  • the invention relates to a device for introducing, into an internal combustion engine cylinder, intake gas and / or recirculated exhaust gas, comprising a duct arranged to supply intake gas and / or gas exhaust pipe recirculated said cylinder, characterized in that said device further comprises, in the conduit, flow control means, controllable between a first position in which said conduit feeds the cylinder with the inlet gases and a second position wherein said conduit feeds the cylinder with the recirculated exhaust gas.
  • said device is configured to feed one and a single cylinder and said control means controls the flows of intake gas and / or recirculated exhaust gas in the conduit or conduits supplying said cylinder, exclusively, being disposed for that in the said ducts.
  • the control means blocks the passage of the recirculated exhaust gas and in said second position, the control means blocks the passage of the intake gases.
  • the conduit comprises an inlet opening of the exhaust gas formed in one of its walls.
  • the flow control means uses a rotary valve inside the duct around an axis transverse to this duct.
  • the said plug may comprise a transverse portion, said transverse portion being intended to define said first and second positions of said flow control means, depending on the angular position of said plug.
  • said transverse portion leaves an opening in the duct when the plug is in the first position and blocks the duct section when the plug is in the second position.
  • a first advantage of the bushel is that it allows the control of exhaust gas flow at the same time as that of the intake gases.
  • at least one wall of the intake duct may have a boss configured to accommodate at least a fraction of the transverse portion of the rotary plug when in said first position.
  • the inlet opening of the exhaust gases in said duct can be made in said boss and an outer face of the transverse portion of the rotary plug is configured to be in contact with an inner wall of said boss around said opening. exhaust gas, when the bushel is in said first position
  • the plug can integrate into the wall, forming no obstacle in the conduit to the gas stream.
  • the transverse portion of the rotary plug has an inner face, facing the inside of the conduit, configured to form a portion of an inner surface of the duct wall when the plug is in said first position, where it let the intake gases pass.
  • the internal face of the transverse portion of the rotary plug is configured to connect to the inner surface of the surrounding wall of the conduit with continuity of shape when the plug is in said first position.
  • said internal face of the transverse portion of the plug is configured to form an exhaust gas deflector when the plug is in said second position.
  • said inner face forms a surface inclined opposite said opening which directs the gases in the main direction of the duct towards the outlet for supplying the engine cylinder, when the bushel is in said second position.
  • the plug contributes to facilitating the flow and minimizing the pressure losses by deflecting the flow of exhaust gas to the cylinder.
  • the flow control means is placed substantially at the mouth of the conduit opposite that intended to supply the cylinder. This location generally corresponds to the mouth of the conduit in the manifold and is clear enough to install the device into a power module.
  • said device further comprises a controllable shutter means of the exhaust gas inlet capable of sealing said exhaust gas inlet.
  • a controllable shutter means of the exhaust gas inlet capable of sealing said exhaust gas inlet.
  • the device can be difficult to achieve, for example, a plug which hermetically closes the exhaust gas supply in the engine cylinder feed duct. It may therefore be interesting to complete the device by installing, for example a valve or a flap.
  • the seat of the valve is formed by a portion of said duct.
  • the device is advantageously completed by adding means for controlling the flow control means in the conduit and control means of the hermetic closing means of the recirculated exhaust gas inlet. They may in particular be able to open said shutter means when said flow control means is in its second position and to close said shutter means when said flow control means passes into its first position.
  • control means comprise mechanisms capable of passing the flow control means and the closure means from one position to another.
  • a motor control system which activates or deactivates the cylinder concerned can control accordingly the device according to the invention.
  • control means of the flow control means and the control means of the closure means form a single actuator.
  • the invention also relates to an air intake module of an internal combustion engine comprising at least one device as described, with or without its control means.
  • the air intake module generally installed above the cylinder head of an internal combustion engine has a portion forming the interface between the collector and the low cylinder head. It is therefore on a conduit of very short length by relative to the width of its section that must integrate the flow control device, which explains why it may have seemed more natural to install it at the collector, as described in the aforementioned document.
  • the invention however provides such integration, particularly in the case of a bushel.
  • the module may include a heat exchange bundle.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising at least one cylinder, a system for deactivating said cylinder or cylinders and at least one device as described above, said device being arranged to feed said cylinder and to be controlled by the system. of deactivation.
  • each of said devices is arranged to feed one of said cylinders deactivatable and be controlled independently by said deactivation system.
  • FIG. 1 shows a cutaway perspective view of an air intake module equipped with an exemplary embodiment of the device according to the invention in a first position of its flow control means.
  • Figure 2 shows Figure 1 in a second position of the flow control means.
  • Figure 3 schematically shows the operating mode of the device according to the invention in the position allowing the inlet gases to pass through the duct equipped with said device and blocking the arrival of the exhaust gas.
  • Figure 4 schematically shows the operating mode of the device according to the invention in the position blocking the intake gas in the conduit equipped with said device and passing the exhaust gas.
  • FIG. 5 presents a perspective view of the outside of the intake module presented in section in FIGS. 1 and 2.
  • Figure 6 shows a variant of Figure 5.
  • the invention relates to an intake module intended to be placed on the cylinder head of an engine which comprises for each cylinder a duct 1 or a pair of ducts 1 intended to extend into the cylinder head to supply said cylinder. intake gas cylinder.
  • This duct 1 opens upwards in a free volume 2 of the intake manifold 3.
  • This manifold 3 has the shape of a box itself fed with inlet gas by a system not shown in the figure.
  • the first function of this manifold is to distribute the flow of intake gas between the ducts, such as that shown in Figure 1, dedicated to each cylinder.
  • this manifold 3 incorporates a heat exchanger 4 through which the inlet gases pass before arriving in the free volume 2, in communication with the supply ducts of the various cylinders.
  • a heat exchanger 4 through which the inlet gases pass before arriving in the free volume 2, in communication with the supply ducts of the various cylinders.
  • the invention more particularly relates to a device for controlling the flow of the intake gases and / or recirculated exhaust gas which can be integrated into this module of admission.
  • Said flow control means here comprises a rotary valve 5 installed on the conduit 1, at its mouth in the manifold 3, forming a controllable shutter system of said conduit.
  • FIG. 1 shows this rotary plug 5 in a first position, leaving completely free the passage in the conduit 1 of the gas flow intake, represented by the arrow, to the cylinder below.
  • the inner shape of the duct 1 is here delimited by two substantially plane 6-7 and parallel walls connected at their ends by two curved walls. Under these conditions, the plug 5 is cut into a cylinder of axis R parallel to the two plane walls 6 -7 and transverse to the duct 1.
  • This transverse cylinder has a diameter greater than the distance between the two walls 6-7 and is positioned to be tangent to the inner face of the wall 6 of the duct 1 which connects with the bottom of the collector 3.
  • the opposite wall 7 is shaped with a boss 8 arranged to form a housing within which the plug 5 in the transverse cylinder can rotate while remaining in contact with the wall in the boss 8.
  • This wall 7 is connected to the side wall of the collector 3.
  • the plug 5 comprises in particular a transverse part 9, having substantially the same extension along the axis R as the plane walls 6-7, and occupying a portion of an angular sector of the transverse cylinder, as well as two circular cups, connected to the ends of the transverse part 9. Said cups may form the walls of the duct 1 between the flat walls 6-7, at the plug 5. Only one of these cups 10 is shown in FIG. Similarly, the plug 5 advantageously comprises a mechanism adapted to rotate it about the axis R of the transverse cylinder which is not shown in the figure. The cups 10 do not participate in the closing / opening function of the duct 1 but they hold the plug 5 in its housing during its rotations, turning in a portion of the walls of the duct 1 forming an abutment.
  • said plug ensures a flow control function, allowing the inlet gas to pass into a first position and blocking it in a second position.
  • This operation is described below.
  • the plug 5 is in a first position leaving the passage of the inlet gas.
  • the angular extension of the transverse part 9 corresponds to the transverse cylinder portion passing through the inner flat face of the wall 7 connected to the side wall of the collector 3.
  • the outer face 1 1 of the transverse part 9 of the plug 5 follows the transverse cylinder to be able to rotate at the interior of the housing formed by the boss 8 while remaining in contact with its inner wall.
  • the inner surface 12 of the transverse wall 9 of the plug 5, for its part, substantially reproduces the inner flat surface of the wall 7 of the duct 1, in continuity of shape with the surrounding wall 7.
  • the plug 5 has been rotated about the axis R of the transverse cylinder so as to be in a second position, where the transverse part 9 blocks the section of the duct 1 in front of the plug 5 with respect to the collector 3
  • the transverse cylinder must have a sufficient diameter, larger than the gap between the plane walls 6-7.
  • the diameter of the transverse cylinder in which the transverse part 9 is inscribed, as well as the internal shape of the cups 10 are advantageously configured to have a plug of minimal space, which leaves a free passage of the inlet gases in the section of the led 1 when the plug 5 is installed in its first position and which completely closes the section of the duct 1 when the plug 5 is in its second position.
  • the shape of the plug is briefly described here in the case of a conduit having two substantially parallel walls. It can of course be used with conduits of different section, for example circular.
  • the plug 5 presented here also fulfills the second part of the flow control function for supplying the engine cylinder, allowing the recirculated exhaust gas to arrive when it is in the second position described above, and blocking this passage when in the first position.
  • an opening 13 is here made in the boss 8 of the wall 7 where the transverse portion 9 of the plug 5 is housed.
  • this wall 7 is arranged around said opening 13, in particular with a fastening flange 14, so that a second duct of section corresponding to that of the opening 13 comes to be connected.
  • the end of this duct is oriented substantially perpendicularly to the axis of rotation of the transverse cylinder in which the plug fits 5.
  • the size of this opening 13 is smaller than the extension of the boss 8 on the wall 7 of the inlet duct 1 of the engine cylinder.
  • the transverse portion 9 obstructs the opening 13 and, in addition, its outer face 1 1 is in contact with the inner wall boss 8 at a determined distance around this opening January 1 3, which improves the seal.
  • the section of the opening 1 3 is lower than that of the intake duct 1.
  • the conduit which is connected to this opening 13 is fed with exhaust gases recovered at the output of the engine. Therefore, with reference to what has just been explained, when the plug 5 is in its first position, it blocks the introduction of exhaust gas into the conduit leading to the engine cylinder and when it is in its second position. it allows the flow of exhaust gas to pass through the arrows shown in FIG. 2. It may also be noted that the shape of the inner wall 12 of the transverse portion of the plug connects to the internal faces of the walls 6-7 of the 1 in front of the opening 13. In addition, its inclination relative to the flat walls decreases continuously downstream with respect to the direction of the gas. It thus facilitates the passage of the exhaust gases by deflecting them in the direction of the duct 1 after the elbow formed by the device for these gases. In this way, the plug 5 forms a flow control means for modulating the supply of the cylinder through the conduit 1 between two extreme situations, a feed with only feed gas and feed with only recirculated exhaust gas.
  • this bushel on the power module does not require to change the general architecture.
  • the plug 5 placed on the second position, in the closed mode of the duct 1 is not invasive with respect to the empty volume 2 in the manifold 3. It allows the intake gases freely to be distributed to the other cylinder ducts engine whose mouth is not blocked.
  • the opening 13 being formed in the boss 8 of the plug 5 the assembly can integrate into the admission duct 1 on the height available in the part of the module of amission intended to interface with the breech.
  • the wall 7 where is practiced the intake opening 13 of the recovered exhaust gas gives on a face of the manifold 3 intended to be above the cylinder head of the engine equipped. It is therefore easy to adapt a conduit to bring the exhaust.
  • a controllable valve is advantageously installed in front of the opening 13 bringing the exhaust gases in front of the plug 5, in order to be able to seal this exhaust gas supply.
  • the valve controls the communication between the conduit 16 giving onto the opening 13 in the feed pipe 1 of the cylinder and an exhaust gas inlet 17.
  • this valve 15 is arranged to seal the arrival of the exhaust gas when the plug 5 opens the conduit 1, and to open the communication with the exhaust manifold when the plug 5 closes the conduit 1 .
  • the valve 15 may be replaced by a shutter or any other known means for sealing the arrival of the exhaust gas.
  • FIG. 5 viewed from the outside, for the embodiment of the device shown in section in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5 viewed from the outside, for the embodiment of the device shown in section in FIGS. 1 and 2.
  • a portion of the outer shape of the boss 8 which is housed the plug 5 at the entrance of the duct 1 at the bottom of the intake manifold 3.
  • It also shows, in front of the flange 14 for fixing on the opening 13 in the boss 8, the conduit 16 for supplying the exhaust gas.
  • the entry of these gases is controlled by a valve 1 5 which is located at the entrance of this conduit 16 in an exhaust gas inlet body 17, having a larger internal volume, recovering the exhaust gas. at the output of the engine.
  • the assembly is grouped at the foot of the manifold 3 but leaves unobstructed the lower part of the intake module to be connected to the cylinder head of the engine.
  • the device according to the invention may further comprise means for controlling the flow control means or the hermetic sealing means of the recirculated exhaust gas inlet.
  • control means can be installed in a compact manner on the admission module.
  • FIG. 5 schematically represents a first pneumatic means 18 for rotating the plug 5 and a second pneumatic means 19 for opening or closing the valve 15.
  • these control means each receive commands from the control system. the engine, especially when the cylinder is disabled or reactivated.
  • These two control means are independent, which can have advantages in terms of modularity of the controls.
  • a single electric actuator 20 drives the mechanisms controlling the valve 5 and the valve 1 5.
  • This device can provide more reliability. In particular, it co-ordinates the bushel and the valve from a single control of the engine control system.
  • each inlet duct of the cylinders concerned is equipped with the device which has been described.
  • each device has control means independent of the others. This arrangement makes it possible to adapt the control of the gases entering the cylinder by the engine control commands determining the deactivation of a cylinder independently of the others.
  • said flow control means may comprise a first shutter, such as a first rotary shutter, located in the portion of the duct located upstream of the inlet of the recirculated exhaust gas. and a second shutter, such as a second rotary shutter, located in the duct portion corresponding to the inlet of the recirculated exhaust gas.
  • a first shutter such as a first rotary shutter
  • a second shutter such as a second rotary shutter

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'introduction, dans un cylindre de moteur à combustion interne, de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés, comportant un conduit (1) agencé pour alimenter en gaz d'admission et/ou en gaz d'échappement recirculés ledit cylindre, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre, dans le conduit, un moyen (5) de contrôle de flux, pilotable entre une première position dans laquelle ledit conduit alimente le cylindre avec les gaz d'admission et une deuxième position dans laquelle ledit conduit alimente le cylindre avec les gaz d'échappement recirculés. Elle concerne également le module d'admission et le moteur qui en est équipé.

Description

Dispositif d'introduction, dans un cylindre de moteur à combustion interne, de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés
La présente invention s'applique au domaine de l'alimentation en air des moteurs à combustion interne. Elle vise plus particulièrement les moteurs multicylindres et les dispositifs utilisés pour contrôler les flux de gaz d'admission et de gaz d'échappement recirculés vers les cylindres.
Les moteurs concernés par l'invention peuvent être à allumage commandé ou à allumage par compression (moteur Diesel) et, ils peuvent être suralimentés ou alimentés à la pression atmosphérique. Dans la suite, on entendra par air d'alimentation, ou de suralimentation, de l'air frais, éventuellement mélangé de gaz d'échappement récupérés en sortie moteur, conformément à un procédé connu généralement sous l'acronyme d'EGR (« Exhaust Gas Recirculation »). Par ailleurs, on utilisera spécifiquement le terme de gaz d'échappement pour désigner les gaz issus du processus de combustion entre le carburant et l'air d'alimentation dans le moteur, avant un quelconque mélange.
De manière habituelle, un moteur fonctionne avec la totalité de ses cylindres suivant un cycle connu (Admission - Compression - Combustion/détente - Echappement). Ce cycle est caractérisé par son rendement, qui est reconnu comme étant optimal lorsque les pertes dues au transvasement des gaz, appelées aussi pertes par pompage, lors des phases d'admission et d'échappement sont minimales. Afin de limiter ces pertes, il a déjà été proposé de désactiver un ou plusieurs cylindres lors du fonctionnement à faible charge ou, plus généralement, lorsque la puissance demandée peut être assurée par une partie seulement des cylindres du moteur.
Afin de ne pas réintroduire de gaz frais à l'échappement, ce qui empêcherait le traitement des gaz d'échappement en sortie du moteur, la désactivation se fait en agissant directement sur l'ouverture des soupapes des cylindres concernés, en les rendant soit totalement inactives soit en les commandant différemment. Un tel dispositif complexifie le système de distribution et entraîne des augmentations importantes de coûts ainsi que des risques de fiabilité.
Par ailleurs, le fait de ne pas alimenter le cylindre présente des inconvénients. La température dans le cylindre désactivé diminue de manière importante, ce qui fait baisser la température globale des gaz d'échappement, notamment lors du redémarrage du cylindre. Même sans passage d'air frais, cette diminution de température est préjudiciable au catalyseur de la chaîne de traitement des gaz d'échappement. De plus, la pression étant trop faible au dessus du piston alors qu'il continue à bouger, l'huile peut fuir de manière plus importante qu'en régime normal vers la chambre de combustion entre le piston et la chemise. Cette fuite, appelée aussi, débit de blow-by, a des conséquences néfastes sur le fonctionnement du moteur si elle est trop importante. Pour remédier à ces inconvénients, il a déjà été proposé d'alimenter le cylindre désactivé en gaz d'échappement récupérés à la sortie du moteur. Notamment, ces gaz étant chauds et pouvant être remis à pression élevée, cela permet de maintenir la température et la pression dans le cylindre désactivé. La solution présentée dans WO 2006/032886 cloisonne le collecteur d'admission à cette fin.
Le dispositif présenté dans le document précité pose des difficultés de mise en œuvre. Tout d'abord, le bon rendement du moteur dépend notamment d'une alimentation en gaz adéquate de chaque cylindre. L'introduction d'un cloisonnement dans le collecteur perturbe la répartition des flux d'alimentation des cylindres. De plus, si l'on veut choisir le nombre de cylindres à désactiver en fonction du régime du moteur, cela entraîne une complexification importante de la conception du cloisonnement pour s'adapter aux différents cas.
De plus, dans certaines applications, le collecteur d'admission intègre un échangeur de chaleur pour refroidir les gaz d'admission, en vue d'augmenter sa densité. Compte tenu de cette intégration et des contraintes d'encombrement, l'espace laissé libre dans le collecteur est alors insuffisant pour y pratiquer un cloisonnement qui alimente correctement les cylindres.
La présente invention a pour objectif de permettre de mettre en œuvre, sur un moteur existant, la désactivation de cylindre en l'alimentant en gaz d'échappement de manière fiable, souple quant à la commande des cylindres, et sans nécessiter de repenser la conception du système d'admission.
Description de l'invention :
L'invention concerne un dispositif d'introduction, dans un cylindre de moteur à combustion interne, de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés, comportant un conduit agencé pour alimenter en gaz d'admission et/ou en gaz d'échappement recirculés ledit cylindre, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre, dans le conduit, un moyen de contrôle de flux, pilotable entre une première position dans laquelle ledit conduit alimente le cylindre avec les gaz d'admission et une deuxième position dans laquelle ledit conduit alimente le cylindre avec les gaz d'échappement recirculés. Autrement dit, ledit dispositif est configuré pour alimenter un et un seul cylindre et ledit moyen de contrôle pilote les flux de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés dans le ou les conduits alimentant ledit cylindre, exclusivement, en étant disposé pour cela dans le ou lesdits conduits. On évite de la sorte un cloisonnement du collecteur d'admission créant inévitablement de la perte de charge lorsque le moteur n'est pas en mode de désactivation des cylindres. Cela permet en outre de piloter plus finement l'admission des gaz dans les cylindres, en ne modifiant pas ou peu la conception du collecteur d'admission.
Par ailleurs, il est à noter que, dans ladite première position, le moyen de contrôle bloque le passage des gaz d'échappement recirculés et dans ladite seconde position, le moyen de contrôle bloque le passage des gaz d'admission. De préférence, dans le dispositif, le conduit comporte une ouverture d'arrivée des gaz d'échappement ménagée dans une de ses parois. Avantageusement, le moyen de contrôle de flux utilise un boisseau tournant à l'intérieur du conduit autour d'un axe transversal à ce conduit. Le dit boisseau pourra comporter une partie transversale, ladite partie transversale étant destinée à définir ladite première et ladite deuxième positions dudit moyen de contrôle de flux, en fonction de la position angulaire dudit boisseau.
Autrement dit, ladite partie transversale laisse une ouverture dans le conduit lorsque le boisseau est dans la première position et bouche la section du conduit lorsque le boisseau est dans la deuxième position. Un tel système à boisseau peut s'intégrer facilement à l'intérieur d'un conduit. De plus, il présente des avantages par rapport à d'autres systèmes, tels que des papillons par exemple.
Un premier avantage du boisseau est qu'il permet de réaliser le contrôle de flux de gaz d'échappement en même temps que celui des gaz d'admission. Plus précisément, au moins une paroi du conduit d'admission pourra présenter un bossage configuré pour loger au moins une fraction de la partie transversale du boisseau tournant lorsqu'il se trouve dans ladite première position. Avantageusement, l'ouverture d'arrivée des gaz d'échappement dans ledit conduit peut être pratiquée dans ledit bossage et une face externe de la partie transversale du boisseau tournant est configurée pour être en contact avec une paroi interne dudit bossage autour de ladite ouverture d'arrivée des gaz d'échappement, lorsque le boisseau est dans ladite première position
Un deuxième avantage est que le boisseau peut s'intégrer dans la paroi, ne formant aucun obstacle dans le conduit au flux gazeux. Ainsi, de préférence, la partie transversale du boisseau tournant comporte une face interne, tournée vers l'intérieur du conduit, configurée pour former une portion d'une surface interne de la paroi du conduit lorsque le boisseau est dans ladite première position, où il laisse passer les gaz d'admission. Avantageusement, la face interne de la partie transversale du boisseau tournant est configurée pour se raccorder à la surface interne de la paroi environnante du conduit avec une continuité de forme lorsque le boisseau est dans ladite première position.
Avantageusement aussi, ladite face interne de la partie transversale du boisseau est configurée pour former un déflecteur des gaz d'échappement lorsque le boisseau est dans ladite deuxième position.
Plus précisément, notamment lorsque l'ouverture d'arrivée des gaz d'échappement recirculés est dans le bossage du boisseau, ladite face interne forme une surface inclinée en face de ladite ouverture qui dirige les gaz dans la direction principale du conduit en allant vers la sortie destinée à alimenter le cylindre du moteur, lorsque le boisseau est dans ladite deuxième position. De cette manière, le boisseau participe à faciliter l'écoulement et à minimiser les pertes de charges en défléchissant le flux de gaz d'échappement vers le cylindre.
Dans un mode de réalisation particulier, le moyen de contrôle de flux est placé sensiblement à l'embouchure du conduit opposée à celle destinée à alimenter le cylindre. Cet emplacement correspond généralement à l'embouchure du conduit dans le collecteur et est assez dégagé pour y installer le dispositif dans un module d'alimentation.
Avantageusement, ledit dispositif comporte en outre un moyen d'obturation pilotable de cette arrivée des gaz d'échappement apte à fermer hermétiquement ladite arrivée des gaz d'échappement. En effet, il est préférable qu'il n'y ait pas de fuite des gaz d'échappements, qui sortent du moteur à une pression plus élevée que les gaz d'admission, dans le flux alimentant le cylindre lorsqu'il n'est pas désactivé. Cela nuirait au rendement du moteur, le mélange des gaz d'admission pour une condition de fonctionnement du moteur étant dosé en amont du collecteur.
Il peut être difficile de réaliser, par exemple, un boisseau qui ferme hermétiquement l'arrivée des gaz d'échappement dans le conduit d'alimentation du cylindre du moteur. Il peut donc être intéressant de compléter le dispositif en installant, par exemple une soupape ou un volet. Avantageusement, le siège de la soupape est formé par une portion dudit conduit. Le dispositif est avantageusement complété en y adjoignant des moyens de pilotage du moyen de contrôle de flux dans le conduit et des moyens de pilotage du moyen d'obturation hermétique de l'arrivée de gaz d'échappement recirculés. Ils pourront en particulier être aptes à ouvrir ledit moyen d'obturation lorsque ledit moyen de contrôle de flux est dans sa deuxième position et à fermer ledit moyen d'obturation lorsque ledit moyen de contrôle de flux passe dans sa première position.
Ces moyens de pilotages comportent les mécanismes aptes à faire passer le moyen de contrôle de flux et le moyen d'obturation d'une position à une autre. De cette manière, un système de commande du moteur qui active ou désactive le cylindre concerné peut piloter en conséquence le dispositif selon l'invention.
Avantageusement, les moyens de pilotage du moyen de contrôle de flux et les moyens de pilotage du moyen d'obturation forment un actionneur unique. L'invention concerne également un module d'admission d'air d'un moteur à combustion interne comportant au moins un dispositif tel qu'il a été décrit, avec ou sans ses moyens de pilotage.
Le module d'admission d'air généralement installé au-dessus de la culasse d'un moteur à combustion interne comporte une partie faisant l'interface entre le collecteur et cette culasse de faible hauteur. C'est donc sur un conduit de longueur très courte par rapport à la largeur de sa section qu'il faut intégrer le dispositif de contrôle de flux, ce qui explique qu'il ait pu paraître plus naturel de l'installer au niveau du collecteur, comme décrit dans le document précité. L'invention prévoit cependant une telle intégration, en particulier dans le cas d'un boisseau. Ledit module pourra comprendre un faisceau d'échange de chaleur.
L'invention concerne encore un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre, un système de désactivation du ou desdits cylindres et au moins un dispositif tel que décrit précédemment, le dit dispositif étant agencé pour alimenter le dit cylindre et être commandé par le système de désactivation.
Avantageusement, sur un tel moteur comportant au moins deux cylindres, un système de désactivation de deux au moins desdits cylindres, dits cylindres désactivables, et au moins deux dispositifs tel que décrit précédemment, chacun des dits dispositifs est agencé pour alimenter l'un des dits cylindres désactivables et être commandé indépendamment par ledit système de désactivation.
Description détaillée de l'invention : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 présente une vue en perspective coupée d'un module d'admission d'air équipé d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention dans une première position de ses moyens de contrôle de flux.
La figure 2 reprend la figure 1 dans une seconde position des moyens de contrôle de flux.
La figure 3 présente schématiquement le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention dans la position laissant passer les gaz d'admission dans le conduit équipé dudit dispositif et bloquant l'arrivée des gaz d'échappement. La figure 4 présente schématiquement le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention dans la position bloquant les gaz d'admission dans le conduit équipé dudit dispositif et laissant passer les gaz d'échappement.
La figure 5 présente une vue en perspective de l'extérieur du module d'admission présenté en coupe sur les figures 1 et 2.
La figure 6 présente une variante de la figure 5.
Comme illustré aux différentes figures, l'invention concerne un module d'admission destiné à être placé sur la culasse d'un moteur qui comporte pour chaque cylindre un conduit 1 ou une paire de conduits 1 destinés à se prolonger dans la culasse pour alimenter ledit cylindre en gaz d'admission. Ce conduit 1 débouche vers le haut dans un volume libre 2 du collecteur d'admission 3. Ce collecteur 3 a la forme d'une boîte elle- même alimentée en gaz d'admission par un système non représenté sur la figure. Le moteur étant multicylindre, la première fonction de ce collecteur est de répartir les flux de gaz d'admission entre les conduits, tels que celui représenté sur la figure 1 , dédiés à chaque cylindre. Sur l'exemple présenté, ce collecteur 3 intègre un échangeur de chaleur 4 que traversent les gaz d'admission avant d'arriver dans le volume libre 2, en communication avec les conduits d'alimentation des différents cylindres. Cependant, il entre dans l'invention de s'adapter au conduit dédié à l'alimentation du cylindre quelle que soit la forme du volume du collecteur et quel que soit ce qu'il intègre en amont de l'embouchure de ce conduit.
L'invention vise plus particulièrement un dispositif de contrôle de flux des gaz d'admission et/ou des gaz d'échappement recirculés qui peut être intégré à ce module d'amission.
Ledit moyen de contrôle de flux comporte ici un boisseau rotatif 5 installé sur le conduit 1 , à son embouchure dans le collecteur 3, formant un système d'obturation pilotable dudit conduit. La figure 1 montre ce boisseau rotatif 5 dans une première position, laissant totalement libre le passage dans le conduit 1 du flux de gaz d'admission, représenté par la flèche, vers le cylindre situé en-dessous. La forme intérieure du conduit 1 est ici délimitée par deux parois sensiblement planes 6-7 et parallèles raccordées à leurs extrémités par deux parois courbes. Dans ces conditions, le boisseau 5 est découpé dans un cylindre d'axe R parallèle aux deux parois planes 6 -7 et transversal au conduit 1 . Ce cylindre transversal a un diamètre supérieur à la distance entre les deux parois 6-7 et il est positionné pour être tangent à la face intérieure de la paroi 6 du conduit 1 qui se raccorde avec le fond du collecteur 3. La paroi opposée 7 est conformée avec un bossage 8 agencé pour former un logement à l'intérieur duquel le boisseau 5 s'inscrivant dans le cylindre transversal peut tourner en restant en contact avec la paroi dans le bossage 8. Cette paroi 7 se raccorde à la paroi latérale du collecteur 3.
Le boisseau 5 comprend en particulier une partie transversale 9, ayant sensiblement la même extension suivant l'axe R que les parois planes 6-7, et occupant une portion d'un secteur angulaire du cylindre transversal, ainsi que deux coupelles circulaires, raccordées aux extrémités de la partie transversale 9. Lesdites coupelles pourront former les parois du conduit 1 entre les parois planes 6-7, au niveau du boisseau 5. Seule l'une de ces coupelles 10 est représentée sur la figure 1 . De même, le boisseau 5 comporte avantageusement un mécanisme apte à le faire tourner autour de l'axe R du cylindre transversal qui n'est pas représenté sur la figure. Les coupelles 10 ne participent pas à la fonction de fermeture/ouverture du conduit 1 mais elles maintiennent le boisseau 5 dans son logement au cours de ses rotations, en tournant dans une partie des parois du conduit 1 formant pallier.
Ainsi conformé, ledit boisseau assure une fonction de contrôle de flux, laissant passer le gaz d'admission dans une première position et le bloquant dans une deuxième position. Ce fonctionnement est décrit ci-après. Sur la figure 1 , le boisseau 5 est dans une première position laissant le passage des gaz d'admission. On peut y constater que l'extension angulaire de la partie transversale 9 correspond à la portion de cylindre transversal traversant la face plane intérieure de la paroi 7 se raccordant à la paroi latérale du collecteur 3. La face extérieure 1 1 de la partie transversale 9 du boisseau 5 suit le cylindre transversal pour pouvoir tourner à l'intérieur du logement formé par le bossage 8 en restant en contact avec sa paroi intérieure. La surface interne 12 de la paroi transversale 9 du boisseau 5, quant à elle, reproduit sensiblement la surface plane intérieure de la paroi 7 du conduit 1 , en continuité de forme avec la paroi 7 environnante.
Sur la figure 2, le boisseau 5 a été tourné autour de l'axe R du cylindre transversal de manière à se trouver dans une deuxième position, où la partie transversale 9 bouche la section du conduit 1 devant le boisseau 5 par rapport au collecteur 3. Pour obtenir ce résultat, le cylindre transversal doit avoir un diamètre suffisant, plus grand que l'écart entre les parois planes 6-7. Le diamètre du cylindre transversal dans lequel s'inscrit la partie transversale 9, ainsi que la forme intérieure des coupelles 10 sont avantageusement configurés pour avoir un boisseau 5 d'encombrement minimal, qui laisse un libre passage des gaz d'admission dans la section du conduit 1 lorsque le boisseau 5 est installé dans sa première position et qui ferme totalement la section du conduit 1 lorsque le boisseau 5 est dans sa deuxième position. La forme du boisseau a été brièvement décrite ici dans le cas d'un conduit comportant deux parois sensiblement parallèles. Il pourra bien sûr être utilisé avec des conduits de section différente, par exemple circulaire.
Le boisseau 5 présenté ici remplit également la deuxième partie de la fonction de contrôle de flux pour alimenter le cylindre du moteur, en permettant l'arrivée des gaz d'échappement recirculés lorsqu'il est dans la deuxième position décrite précédemment, et en bloquant ce passage lorsqu'il est dans la première position. La manière d'obtenir ce résultat est décrite ci-dessous. Sur la figure 1 , on peut voir qu'une ouverture 13 est ici pratiquée dans le bossage 8 de la paroi 7 où vient se loger la partie transversale 9 du boisseau 5. De plus, cette paroi 7 est agencée autour de ladite ouverture 13, notamment avec une bride 14 de fixation, pour qu'un deuxième conduit, de section correspondant à celle de l'ouverture 13 vienne se raccorder. Préférentiellement, l'extrémité de ce conduit est orientée de manière sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation du cylindre transversal dans lequel s'inscrit le boisseau 5. De manière préférée, également, la taille de cette ouverture 13 est plus petite que l'extension du bossage 8 sur la paroi 7 du conduit 1 d'admission du cylindre du moteur. Dans ces conditions, lorsque le boisseau 5 est dans sa première position, comme c'est illustré sur la figure 1 , la partie transversale 9 obstrue l'ouverture 13 et, de plus, sa face externe 1 1 est en contact avec la paroi interne du bossage 8 sur une distance déterminée autour de cette ouverture 1 3, ce qui améliore l'étanchéité. De manière générale, avec ces dispositions et compte tenu des contraintes géométriques, la section de l'ouverture 1 3 est plus faible que celle du conduit 1 d'admission. Enfin, lorsque le boisseau 5 est dans sa deuxième position, comme c'est illustré sur la figure 2, l'ouverture 1 3 pratiquée dans le bossage 8 est complètement dégagée.
Selon l'invention, le conduit qui est raccordé à cette ouverture 13 est alimenté par des gaz d'échappements récupérés en sortie du moteur. Donc, en référence à ce qui vient d'être exposé, lorsque le boisseau 5 est dans sa première position, il bloque l'introduction de gaz d'échappement dans le conduit menant au cylindre du moteur et lorsqu'il est dans sa deuxième position il laisse passer le flux de gaz d'échappement selon les flèches représentées sur la figure 2. On peut remarquer par ailleurs, que la forme de la paroi intérieure 12 de la partie transversale du boisseau se raccorde aux faces internes des parois 6-7 du conduit 1 en face de l'ouverture 13. De plus, son inclinaison par rapport aux parois planes décroît continûment en allant vers l'aval par rapport à la direction des gaz. Elle facilite donc le passage des gaz d'échappement en les défléchissant dans la direction du conduit 1 après le coude formé par le dispositif pour ces gaz. De cette manière, le boisseau 5 forme un moyen de contrôle de flux permettant de moduler l'alimentation du cylindre par le conduit 1 entre deux situations extrêmes, une alimentation avec uniquement des gaz d'alimentation et une alimentation avec uniquement des gaz d'échappement recirculés.
L'intégration de ce boisseau sur le module d'alimentation ne demande pas d'en modifier l'architecture générale. Notamment, le boisseau 5 mis sur la deuxième position, en mode fermeture du conduit 1 , n'est pas invasif par rapport au volume vide 2 dans le collecteur 3. Il laisse les gaz d'admission librement se répartir vers les autres conduits de cylindre du moteur dont l'embouchure n'est pas bloquée. De plus, l'ouverture 13 étant pratiquée dans le bossage 8 du boisseau 5, l'ensemble peut s'intégrer dans le conduit 1 d'admission sur la hauteur disponible dans la partie du module d'amission destinée à faire l'interface avec la culasse. Enfin, la paroi 7 où est pratiquée l'ouverture 13 d'admission des gaz d'échappement récupérés donne sur une face du collecteur 3 destinée à se trouver au-dessus de la culasse du moteur équipé. Il est donc facile de lui adapter un conduit pour amener ces gaz d'échappement.
Cependant, il est difficile de faire un dispositif tel qu'un boisseau 5 qui obstrue de manière totalement étanche les passages devant lesquels il est positionné. Cela est peu gênant quand le boisseau est mis sur la position numéro deux. En effet, la pression des gaz d'échappement est généralement supérieure à celle des gaz d'admission. Il ne risque donc pas d'y avoir, vers le cylindre désactivé du moteur, de fuite de gaz d'admission qui pourraient entraîner une combustion. De plus, les fuites de gaz d'échappement vers le collecteur 3 seront minimes car, par la géométrie du dispositif, la pression supérieure des gaz d'échappement plaque la partie transversale 9 du boisseau 5 contre les parois 6-7 du conduit 1 . Par contre, lorsque le boisseau 5 est dans sa première position, c'est-à-dire en fonctionnement nominal du moteur, le boisseau 5 peut laisser passer un certain débit de fuite de gaz d'échappement qui modifierait les réglages du moteur de manière préjudiciable au rendement.
Pour pallier ces éventuels inconvénients, en référence aux figures 3 et 4, une soupape pilotable est avantageusement installée devant l'ouverture 13 amenant les gaz d'échappement en face du boisseau 5, afin de pouvoir fermer hermétiquement cette arrivée de gaz d'échappement. Dans un mode de réalisation schématiquement présenté sur ces figures, la soupape contrôle la communication entre le conduit 16 donnant sur l'ouverture 13 dans le conduit 1 d'alimentation du cylindre et une arrivée 17 de gaz d'échappement. Avantageusement, cette soupape 15 est agencée de manière à fermer hermétiquement l'arrivée des gaz d'échappement lorsque le boisseau 5 ouvre le conduit 1 , et à ouvrir la communication avec le collecteur de gaz d'échappement lorsque le boisseau 5 ferme le conduit 1 . La soupape 15 peut être remplacée par un volet ou tout autre moyen connu permettant de fermer hermétiquement l'arrivée des gaz d'échappement.
L'intégration du moyen de contrôle de flux et de la soupape sur le module d'admission est illustrée sur la figure 5, vue de l'extérieur, pour le mode de réalisation du dispositif représenté en coupe sur les figures 1 et 2. On y voit une partie de la forme extérieure du bossage 8 où est logé le boisseau 5, à l'entrée du conduit 1 , au bas du collecteur d'admission 3. On y voit également, en face de la bride 14 de fixation sur l'ouverture 13 dans le bossage 8, le conduit 16 d'amenée des gaz d'échappement. L'entrée de ces gaz est commandée par une soupape 1 5 qui se situe à l'entrée de ce conduit 16 dans un corps d'arrivée des gaz d'échappement 17, présentant un volume intérieur plus large, récupérant les gaz d'échappement en sortie du moteur. L'ensemble est regroupé au pied du collecteur 3 mais laisse dégagée la partie inférieure du module d'admission devant se raccorder à la culasse du moteur.
Le dispositif conforme à l'invention pourra encore comprendre des moyens pour piloter le moyen de contrôle de flux ou le moyen d'obturation hermétique de l'arrivée des gaz d'échappement recirculés. Ces moyens de pilotage peuvent être installés de manière compacte sur le module d'admission. La figure 5 représente schématiquement un premier moyen pneumatique 18 pour faire tourner le boisseau 5 et un deuxième moyen pneumatique 19 pour ouvrir ou fermer la soupape 15. Pour obtenir les modes de fonctionnement précédemment décrits ces moyens de pilotages reçoivent chacun des commandes du système de commande du moteur, notamment lorsque le cylindre est désactivé ou réactivé. Ces deux moyens de pilotage sont indépendants, ce qui peut présenter des avantages en termes de modularité des commandes.
Le montage précédent est cependant complexe et peut présenter des problèmes de réglages ou de fiabilité pour s'assurer que le boisseau 5 et la soupape 15 fonctionnent de manière coordonnée à partir des commandes du système de commande du moteur. Dans une deuxième variante, représentée sur la figure 6, un seul et même actionneur électrique 20 entraîne les mécanismes pilotant le boisseau 5 et la soupape 1 5. Ce dispositif peut apporter plus de fiabilité. Notamment, il pilote de manière coordonnée le boisseau et la soupape à partir d'une seule commande du système de commande du moteur.
L'invention a été décrite ici pour une mise en œuvre sur un conduit d'admission d'air pour un cylindre du moteur. Elle s'applique bien sûr au cas où il est prévu que plusieurs cylindres du moteur soient désactivés. Dans ce cas, chaque conduit d'admission des cylindres concernés est équipé du dispositif qui a été décrit. De préférence, chaque dispositif dispose de moyens de commande indépendants des autres. Cette disposition permet d'adapter le contrôle des gaz entrant dans le cylindre par les commandes de pilotage du moteur déterminant la désactivation d'un cylindre indépendamment des autres.
Par ailleurs, dans une variante de réalisation non illustrée, ledit moyen de contrôle de flux pourra comprendre un premier obturateur, tel qu'un premier volet rotatif, situé dans la portion du conduit située en amont de l'arrivée des gaz d'échappement recirculés et un second obturateur, tel qu'un second volet rotatif, situé dans la portion de conduit correspondant à l'arrivée des gaz d'échappement recirculés.

Claims

Revendications
Dispositif d'introduction, dans un cylindre de moteur à combustion interne, de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés, comportant un conduit (1 ) agencé pour alimenter en gaz d'admission et/ou en gaz d'échappement recirculés ledit cylindre, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre, dans le conduit (1 ), un moyen (5) de contrôle de flux, pilotable entre une première position dans laquelle ledit conduit alimente le cylindre avec les gaz d'admission et une deuxième position dans laquelle ledit conduit alimente le cylindre avec les gaz d'échappement recirculés.
Dispositif selon la revendication précédente dans lequel, ledit dispositif comporte en outre une ouverture (13) d'arrivée des gaz d'échappement ménagée dans une des parois (7) du conduit (1 ).
Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le moyen de contrôle de flux comporte un boisseau (5) tournant à l'intérieur du conduit (1 ) autour d'un axe transversal (R) à ce conduit et comportant une partie transversale (9), ladite partie transversale (9) étant destinée à définir ladite première et ladite deuxième positions dudit moyen de contrôle de flux, en fonction de la position angulaire dudit boisseau.
Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le conduit (1 ) comporte un bossage (8) configuré pour loger au moins une fraction de la partie transversale (9) du boisseau (5) tournant lorsqu'il se trouve dans ladite première position, dispositif dans lequel l'ouverture (13) d'arrivée des gaz d'échappement dans ledit conduit (1 ) est pratiquée dans ledit bossage (8) et une face externe (1 1 ) de la partie transversale (9) du boisseau (1 ) tournant est configurée pour être en contact avec une paroi interne dudit bossage (8) autour de ladite ouverture (13) d'arrivée des gaz d'échappement, lorsque le boisseau est dans ladite première position.
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel la partie transversale (9) du boisseau (1 ) tournant comporte une face interne (12), tournée vers l'intérieur du conduit (1 ), configurée pour former une portion d'une surface interne de la paroi (7) du conduit (1 ) lorsque le boisseau (5) est dans ladite première position.
6. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la face interne de la partie transversale (9) du boisseau (5) tournant est configurée pour se raccorder à la surface interne de la paroi (7) environnante du conduit (1 ) avec une continuité de forme lorsque le boisseau (5) est dans ladite première position.
7. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel une face interne (12) de la partie transversale (9) du boisseau (5) est configurée pour former un déflecteur des gaz d'échappement lorsque le boisseau est dans ladite deuxième position. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le moyen (5) de contrôle de flux est placé sensiblement à l'embouchure du conduit (1 ) opposée à celle destinée à alimenter le cylindre.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel, ledit dispositif comporte en outre un moyen (15) d'obturation pilotable de l'arrivée des gaz d'échappement apte à fermer hermétiquement ladite arrivée des gaz d'échappement.
10. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le moyen (15) d'obturation hermétique d'arrivée des gaz d'échappement est une soupape.
11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10 comportant des moyens (18, 20) de pilotage du moyen (5) de contrôle de flux dans le conduit et des moyens (19, 20) de pilotage du moyen (15) d'obturation hermétique de l'arrivée de gaz d'échappement recirculés, aptes à ouvrir ledit moyen (15) d'obturation lorsque ledit moyen (5) de contrôle de flux est dans sa deuxième position et à fermer ledit moyen (15) d'obturation lorsque ledit moyen (5) de contrôle de flux passe dans sa première position.
12. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de pilotage du moyen (5) de contrôle de flux et les moyens de pilotage du moyen (15) d'obturation forment un actionneur unique (20).
13. Module d'admission d'air d'un moteur à combustion interne comportant au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
14. Moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre, un système de désactivation du ou desdits cylindres et au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, le dit dispositif étant agencé pour alimenter le dit cylindre et être commandé par le système de désactivation.
15. Moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres, un système de désactivation de deux au moins desdits cylindres, dits cylindres désactivables, et au moins deux dispositifs selon l'une des revendications 1 à 12, chacun des dits dispositifs étant agencé pour alimenter l'un des dits cylindres désactivables et être commandé indépendamment par ledit système de désactivation
PCT/EP2014/064708 2013-07-26 2014-07-09 Dispositif d'introduction, dans un cylindre de moteur à combustion interne, de gaz d'admission et/ou de gaz d'échappement recirculés WO2015010903A1 (fr)

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