WO2022207987A1 - Dispositif d'injection d'air secondaire pour moteur a combustion interne - Google Patents

Dispositif d'injection d'air secondaire pour moteur a combustion interne Download PDF

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to the field of internal combustion engines. More particularly, the subject of the invention is a secondary air injection device for an internal combustion engine.
  • a device for injecting secondary air into the exhaust line of an internal combustion engine is known, for example from document US56666804A.
  • This secondary air injection circuit extends between a tapping on the air intake line of the engine and a tapping on the exhaust line of this engine.
  • This secondary air injection circuit comprises an air pump and air flow control means.
  • These secondary air injection circuits may contain condensate from condensation and/or gas expansion and retained in the circuit. These condensates are supposed to be removed either by evaporation or by entrainment to the exhaust via the airflow.
  • a secondary air injection device for an internal combustion engine equipped with an air intake line and a burnt gas exhaust line this device comprising :
  • -an air passage control valve arranged in the secondary air duct, downstream of the air pump, characterized in that it comprises a condensate evacuation tube connected to the air duct, between the air pump and the valve, the evacuation tube being equipped with a check valve calibrated return to open and allow evacuation of condensate when the air pressure in the secondary air duct exceeds a predetermined pressure threshold.
  • the technical effect is to allow a purge of the condensates from the line used for the injection of secondary air into the exhaust line.
  • the secondary air duct comprises a means for collecting the condensates by gravity arranged in its part between the pump and the valve, the evacuation tube being connected at the level of the means for collecting the condensates.
  • the condensate collection means is formed by a siphon.
  • the device comprises a drainage pipe connecting the part of the secondary air pipe, upstream of the air pump to the evacuation tube, after the non-return valve.
  • the drainage pipe comprises a non-return valve.
  • the secondary air pipe comprises another means for collecting condensates by gravity arranged in its part upstream of the air pump, the drainage pipe being connected at the level of this other means for collecting condensates.
  • the invention also relates to a method for draining the condensates contained in a device according to any one of the previously described variants, characterized in that an overpressure is generated in the part of the air pipe between the air pump and the valve by activating the air pump and simultaneously closing the valve.
  • the method comprises a subsequent step of opening the valve with the air pump activated.
  • the method is carried out following a stoppage of the internal combustion engine.
  • the invention also relates to a vehicle with an internal combustion engine equipped with an air intake line and an exhaust line, characterized in that it comprises a device according to any one of the variants previously described. , and means for controlling the operation of the pump and of the valve configured to implement the steps of the method according to any one of the previously described variants.
  • FIG 1 this figure is a schematic representation of an embodiment in accordance with the invention of a circuit for injecting secondary air into an exhaust line.
  • Figure 1 shows a device for injecting secondary air into the exhaust.
  • the secondary air injection device equips an internal combustion engine comprising an air intake line 1 for combustion in the internal combustion engine and an exhaust line 2 for the burnt gases.
  • the internal combustion engine can equip a vehicle, for its propulsion.
  • the air intake line 1 may include a filter 1a of the air admitted into the air intake line 1.
  • the air injection device comprises a secondary air line 3.
  • This secondary air pipe 3 extends between the air intake line 1 and the exhaust line 2.
  • This secondary air pipe 3 is connected to the air intake line 1 at the level of a tapping 1b, preferably placed after the air filter relative to the direction of flow of the intake air intake line 1 of air.
  • This secondary air line 3 is connected to the air exhaust line 2 at a tapping 2a.
  • the secondary air injection device further comprises an air pump 4 disposed in the conduit 3 for secondary air.
  • This air pump 4 can be a pump driven by an electric motor M.
  • the secondary air injection device further comprises a valve 5 for controlling the passage of air disposed in the secondary air pipe 3, downstream of the air pump 4, here relative to the direction of air flow in the conduit 3 of secondary air.
  • Valve 5 can be a solenoid valve.
  • control means 6 for example an electronic computer.
  • the secondary exhaust air injection device can be used to inject air into the exhaust after the engine has been shut down long enough for the device to cool and condensate to appear.
  • a condensate evacuation tube 7 connected to the pipe 3 of air between the air pump 4 and the valve 5.
  • the evacuation tube 7 is equipped with a non-return valve 8 calibrated to open and allow the evacuation of the condensates when the air pressure in the pipe 3 of secondary air exceeds a predetermined pressure threshold.
  • the non-return valve 8 can be a mechanical ball valve with a spring calibrated at this predetermined pressure threshold.
  • this pressure threshold is higher than the pressure required to overcome the air line pressure drops during the normal exhaust air supply phase, when valve 5 is open.
  • the evacuation of the condensates will be generated by the overpressure opening the non-return valve 8.
  • the evacuation tube 7 has an outlet orifice 9 open to the outside environment allowing the evacuation of liquid or even gaseous condensates.
  • This collection means may have the form of a U-shaped siphon 10.
  • This siphon 10 is arranged in the lower part of the part of the secondary air pipe 3 between the air pump 4 and the valve 5.
  • the tube 7 evacuation is connected to the siphon 10.
  • the valve 8 is placed closer to the siphon 10, to prevent the accumulation of condensate without the tube 7 evacuation.
  • the drain pipe 11 connects the part of the air line 3 secondary upstream of the air pump 4 to the evacuation tube 7, after the non-return valve 8, that is to say between the non-return valve 8 and the outlet orifice 9 of the tube 7 of evacuation.
  • the drainage pipe 11 connects the evacuation tube 7 just after the non-return valve 8.
  • This other collection means may have the form of a U-shaped siphon 12. This other siphon 12 is arranged in the lower part of the part of the secondary air pipe 3 upstream of the air pump 4.
  • the pressure will be greater than atmospheric pressure, opening the non-return valve 8 to the outside environment and drawing the condensates from the part of the secondary air line 3 between the air pump 4 and valve 5.
  • the condensates from the part of the secondary air line 3 upstream of the air pump are also sucked up via the drain pipe 11 thanks to the suction linked to the local pressure variation in the tube 7 d evacuation obtained by Venturi effect.
  • a subsequent step of opening valve 5 with air pump 4 activated can be provided to extract the remainder of the condensates remaining in valve 5 towards the exhaust.
  • This activation carried out after an engine stop is the guarantee of an effective purge, and will allow the correct operation of the secondary air injection device, even at temperatures below 0°C because this avoids excessive freezing of the condensates in the the siphons 10, 12, in the air pump 4 and in the valve 5.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'injection d'air secondaire pour moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'admission (1) d'air et une ligne d'échappement (2) des gaz brûlés, ce dispositif comprenant une conduite (3) d'air secondaire destinée à s'étendre entre la ligne d'admission (1) et la ligne d'échappement (2), une pompe à air (4) disposée dans la conduite (3) d'air secondaire, une vanne (5) de contrôle du passage d'air disposée dans la conduite (3) d'air secondaire, en aval de la pompe à air (4), caractérisé en ce qu'il comprend un tube (7) d'évacuation des condensats relié à la conduite (3) d'air, entre la pompe à air (4) et la vanne (5), le tube (7) d'évacuation étant équipé d'un clapet anti-retour (8) taré pour s'ouvrir et permettre l'évacuation des condensats quand la pression d'air dans conduite (3) d'air secondaire dépasse un seuil de pression prédéterminé.

Description

DESCRIPTION
TITRE : DISPOSITIF D’INJECTION D’AIR SECONDAIRE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2103158 déposée le 29.03.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un dispositif d’injection d’air secondaire pour moteur à combustion interne.
Il est connu, par exemple du document US56666804A un dispositif d’injection d’air secondaire dans la ligne l’échappement d’un moteur à combustion interne. Ce circuit d’injection d’air secondaire s’étend entre un piquage sur la ligne d’admission d’air du moteur et un piquage sur la ligne d’échappement de ce moteur. Ce circuit d’injection d’air secondaire comprend une pompe à air et des moyens de contrôle du débit d’air. Ces circuits d’injection d’air secondaire peuvent contenir des condensais issus de la condensation et/ou de la détente des gaz et retenus dans le circuit. Ces condensais sont censés être évacués soit par évaporation ou par entraînement vers l’échappement via le flux d’air. Cependant il n’y a pas de certitude sur l’évacuation des condensais s’ils sont formés lorsque le dispositif d’injection d’air secondaire est inactif, c’est-à-dire quand la pompe à air est arrêtée et les moyens de contrôle du débit d’air fermé.
L’invention vise à résoudre cette problématique. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un dispositif d’injection d’air secondaire pour moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’admission d’air et une ligne d’échappement des gaz brûlés, ce dispositif comprenant :
-une conduite d’air secondaire destinée à s’étendre entre la ligne d’admission et la ligne d’échappement,
-une pompe à air disposée dans la conduite d’air secondaire,
-une vanne de contrôle du passage d’air disposée dans la conduite d’air secondaire, en aval de la pompe à air, caractérisé en ce qu’il comprend un tube d’évacuation des condensais relié à la conduite d’air, entre la pompe à air et la vanne, le tube d’évacuation étant équipé d’un clapet anti- retour taré pour s’ouvrir et permettre l’évacuation des condensais quand la pression d’air dans conduite d’air secondaire dépasse un seuil de pression prédéterminé.
L’effet technique est de permettre une purge des condensais de la conduite servant à l’injection d’air secondaire dans la ligne d’échappement.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Selon une réalisation, la conduite d’air secondaire comprend un moyen de collecte des condensats par gravité disposé dans sa partie comprise entre la pompe et la vanne, le tube d’évacuation étant relié au niveau du moyen de collecte des condensats.
Selon une réalisation, le moyen de collecte des condensats est formé par un siphon.
Selon une réalisation, le dispositif comprend un tuyau de drainage reliant la partie de la conduite d’air secondaire, en amont de pompe à air au tube d’évacuation, après le clapet anti-retour.
Selon une réalisation, le tuyau de drainage comprend un clapet anti-retour.
Selon une réalisation, la conduite d’air secondaire comprend un autre moyen de collecte des condensats par gravité disposé dans sa partie en amont de la pompe à air, le tuyau de drainage étant relié au niveau de cet autre moyen de collecte des condensats.
L’invention a aussi pour objet un procédé de purge des condensats contenus dans un dispositif selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites, caractérisé en qu’une surpression est générée dans la partie de la conduite d’air comprise entre la pompe à air et la vanne par activation de la pompe à air et fermeture simultanée de vanne.
Selon une variante, le procédé comprend une étape postérieure d’ouverture de la vanne avec pompe à air activée.
Selon une variante, le procédé est réalisé suite à un arrêt du moteur à combustion interne. L’invention a aussi pour objet un véhicule avec moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’admission d’air et une ligne d’échappement, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites, et des moyens de contrôle du fonctionnement de la pompe et de la vanne configurés pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
[Fig 1] : cette figure une représentation schématique d’un mode de réalisation conforme à l’invention de circuit d’injection d’air secondaire dans une ligne d’échappement.
La figure 1 présente un dispositif d’injection d’air secondaire à l’échappement. Le dispositif d’injection d’air secondaire équipe un moteur à combustion interne comprenant une ligne d’admission d’air 1 pour la combustion dans le moteur à combustion interne et une ligne d’échappement 2 des gaz brûlés. Le moteur à combustion interne peut équiper un véhicule, pour sa propulsion.
La ligne d’admission d’air 1 peut comprendre un filtre 1a de l’air admis dans la ligne d’admission d’air 1.
Le dispositif d’injection d’air comprend une conduite 3 d’air secondaire. Cette conduite 3 d’air secondaire s’étend entre la ligne d’admission d’air 1 et la ligne d’échappement 2. Cette conduite 3 d’air secondaire est reliée à la ligne d’admission 1 d’air au niveau d’un piquage 1 b, placé de préférence après le filtre à air relativement au sens d’écoulement de l’air d’admission ligne d’admission 1 d’air. Cette conduite 3 d’air secondaire est reliée à la ligne d’échappement 2 d’air au niveau d’un piquage 2a.
Le dispositif d’injection d’air secondaire comprend encore une pompe à air 4 disposée dans la conduite 3 d’air secondaire. Cette pompe à air 4 peut être une pompe animée par un moteur électrique M.
Le dispositif d’injection d’air secondaire comprend encore une vanne 5 de contrôle du passage d’air disposée dans la conduite 3 d’air secondaire, en aval de la pompe à air 4, ici relativement au sens de circulation de l’air dans la conduite 3 d’air secondaire. La vanne 5 peut être une électrovanne.
Le pilotage du fonctionnement de la pompe 4 à air et de la vanne 5 est assuré par des moyens de contrôle 6, par exemple un calculateur électronique.
Le dispositif d’injection d’air secondaire à l’échappement peut être utilisé pour injecter de l’air dans l’échappement après un arrêt moteur suffisamment long pour que le dispositif se refroidisse et que des condensais apparaissent.
Afin de pouvoir évacuer les condensais qui pourraient s’accumuler dans la partie de la conduite 3 d’air secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5, il est prévu un tube 7 d’évacuation des condensats relié à la conduite 3 d’air entre la pompe à air 4 et la vanne 5. Le tube 7 d’évacuation est équipé d’un clapet anti-retour 8 taré pour s’ouvrir et permettre l’évacuation des condensats quand la pression d’air dans conduite 3 d’air secondaire dépasse un seuil de pression prédéterminé. Le clapet anti retour 8 peut être un clapet mécanique à bille avec un ressort taré à ce seuil de pression prédéterminée.
En pratique, ce seuil de pression est supérieur à la pression requise pour vaincre les pertes de charge de la conduite d’air lors de la phase normale d’alimentation en air de l’échappement, quand la vanne 5 est ouverte.
L’évacuation des condensats sera générée par la surpression ouvrant le clapet anti-retour 8. Le tube 7 d’évacuation possède un orifice de sortie 9 ouvert sur le milieu extérieur permettant l’évacuation des condensats liquide voire gazeux.
Afin de faciliter le regroupement des condensats dans la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5, on peut prévoir de disposer dans cette partie un moyen de collecte des condensats par gravité. Ce moyen de collecte peut avoir la forme d’un siphon 10 en forme de U. Ce siphon 10 est disposé en partie basse la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5. Le tube 7 d’évacuation est relié au siphon 10. Le clapet 8 est placé au plus près du siphon 10, pour éviter l’accumulation de condensats sans le tube 7 d’évacuation.
On peut également prévoir un tuyau 11 de drainage, de section réduite par rapport à celle de la conduite d’air 3 secondaire. Le tuyau 11 de drainage relie la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de pompe à air 4 au tube 7 d’évacuation, après le clapet anti-retour 8, c’est-à-dire entre le clapet anti-retour 8 et l’orifice de sortie 9 du tube 7 d’évacuation. De préférence, Le tuyau 11 de drainage relie le tube 7 d’évacuation juste après le clapet anti retour 8.
Afin de faciliter le regroupement des condensais dans la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de la pompe à air 4, on peut également prévoir de disposer dans cette partie un autre moyen de collecte des condensais par gravité. Cet autre moyen de collecte peut avoir la forme d’un siphon 12 en forme de U. Cet autre siphon 12 est disposé en partie basse la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de la pompe à air 4.
On peut prévoir d’ajouter sur le tuyau 11 de drainage un clapet anti retour 13, ce qui permet d’éviter les fuites air filtré vers le milieu extérieur.
La purge des condensais à l’extérieur est générée par une surpression ouvrant le clapet anti retour 8. Cette surpression dans la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5 est obtenue en activant la pompe à air 4 et en fermant dans le même temps la vanne 5. Pour un maximum d’efficacité cette activation se déroule après un arrêt du moteur à combustion interne. Ainsi une très grande partie des condensats sera évacuée à une température supérieure à 0°C, dans un environnement moteur assez chaud pour éviter le gel des condensats.
Au moment de l’évacuation des condensats, la pression sera supérieure à la pression atmosphérique, ouvrant le clapet anti retour 8 sur le milieu extérieur et entraînant les condensats de la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5.
Durant cette activation, les condensats de la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de la pompe à air sont également aspiré via le tuyau 11 de drainage grâce à l’aspiration liée à la variation de pression locale dans le tube 7 d’évacuation obtenue par effet Venturi.
Suite à cette première étape on peut prévoir une étape postérieure d’ouverture de la vanne 5 avec pompe à air 4 activée, pour extraire le reliquat des condensats, restés dans la vanne 5 vers l’échappement. Cette activation effectuée après un arrêt moteur est le garant d’une purge efficace, et permettra le bon fonctionnement du dispositif d’injection d’air secondaire, même à des températures inférieures à 0°C car on évite ainsi le gel excessif des condensais dans les siphons 10, 12, dans la pompe à air4 et dans la vanne 5.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’injection d’air secondaire pour moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’admission (1 ) d’air et une ligne d’échappement (2) des gaz brûlés, ce dispositif comprenant :
-une conduite (3) d’air secondaire destinée à s’étendre entre la ligne d’admission (1 ) et la ligne d’échappement (2),
-une pompe à air (4) disposée dans la conduite (3) d’air secondaire,
-une vanne (5) de contrôle du passage d’air disposée dans la conduite (3) d’air secondaire, en aval de la pompe à air (4), caractérisé en ce qu’il comprend un tube (7) d’évacuation des condensais relié à la conduite (3) d’air, entre la pompe à air (4) et la vanne (5), le tube (7) d’évacuation étant équipé d’un clapet anti-retour (8) taré pour s’ouvrir et permettre l’évacuation des condensais quand la pression d’air dans conduite (3) d’air secondaire dépasse un seuil de pression prédéterminé.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la conduite d’air (3) secondaire comprend un moyen de collecte des condensats par gravité disposé dans sa partie comprise entre la pompe (4) et la vanne (5), le tube (7) d’évacuation étant relié au niveau du moyen de collecte des condensats.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de collecte des condensats est formé par un siphon (10).
4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un tuyau (11 ) de drainage reliant la partie de la conduite d’air (3) secondaire, en amont de pompe à air (4) au tube (7) d’évacuation, après le clapet anti-retour (8).
5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tuyau (11) de drainage comprend un clapet anti-retour (13).
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la conduite d’air (3) secondaire comprend un autre moyen de collecte des condensats par gravité disposé dans sa partie en amont de la pompe à air (4), le tuyau (11 ) de drainage étant relié au niveau de cet autre moyen de collecte des condensats.
7. Procédé de purge des condensats contenus dans un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu’une surpression est générée dans la partie de la conduite (3) d’air comprise entre la pompe à air (4) et la vanne (5) par activation de la pompe à air (4) et fermeture simultanée de vanne (5).
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape postérieure d’ouverture de la vanne (5) avec pompe à air (4) activée.
9. Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu’il est réalisé suite à un arrêt du moteur à combustion interne.
10. Véhicule avec moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’admission (1) d’air et une ligne d’échappement (2), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, et des moyens de contrôle (6) du fonctionnement de la pompe (4) et de la vanne (5) configurés pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon d’une des revendications 7 à 9.
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