Domaine technique de l'invention
[0001] La présente invention concerne un moteur à combustion interne ou thermique d'un véhicule
automobile
[0002] La présente invention concerne plus particulièrement un système de recirculation
des gaz d'échappement d'un moteur thermique suralimenté.
[0003] La présente invention concerne un système de recirculation des gaz brulés haute pression
du moteur thermique suralimenté.
Etat de la technique
[0004] La présente invention concerne les moteurs à combustion interne destinés notamment
à équiper les véhicules automobiles, qui mettent en oeuvre des moyens de recirculation
de gaz d'échappement.
[0005] La présente invention concerne plus particulièrement des moyens de recirculation
de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Les normes concernant la pollution
et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles,
deviennent chaque jour plus sévères dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie
automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre
à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur
prix de revient. Une technique connue de dépollution des moteurs à combustion interne
consiste à opérer la recirculation de gaz d'échappement à l'admission afin de diminuer
les oxydes d'azote. Cette technique consiste à réinjecter suivant les conditions de
fonctionnement du moteur une partie des gaz d'échappement dans les chambres de combustion
du moteur, ce qui a pour effet de réduire en proportion la quantité de gaz comburant
et donc d'abaisser la température de combustion, d'où une diminution de la production
des NOx ou d'oxydes d'azote.
[0006] Le procédé généralement adopté est la "recirculation externe" des gaz d'échappement
à l'aide d'une soupape pilotée RGE (Recyclage des Gaz d'Echappement), encore appelée
vanne EGR, fermant ou ouvrant une canalisation reliant le collecteur d'échappement
au répartiteur d'admission. La vanne EGR permet d'injecter à l'admission une quantité
déterminée de gaz prélevés à l'échappement suivant les conditions de fonctionnement
du moteur.
[0007] De manière connue, comme cela est notamment décrit dans les demandes de brevet n°
FR-2.372.319 ou
FR-78/33196, les moteurs à combustion interne connus fonctionnant avec une recirculation des
gaz d'échappement comportent une première conduite de liaison reliant l'une des tubulures
d'un collecteur d'échappement à une vanne EGR disposée dans le compartiment moteur
et une seconde conduite de liaison reliant la vanne EGR au collecteur d'admission.
[0008] Pour simplifier la mise en place d'une telle recirculation des gaz d'échappement,
il est également connu de faire un piquage des gaz brulés soit, directement sur la
tubulure d'échappement comme cela divulgué dans la publication
FR-A1-2689936 soit encore, directement sur le collecteur d'échappement comme cela est décrit dans
une autre publication
FR-A1-2390590. Ces dispositions permettent en effet de supprimer l'une ou l'autre des conduites
de liaisons, ce qui réduit sensiblement le temps de montage d'une vanne EGR.
[0009] La mise en place de la vanne EGR sur le collecteur d'admission ou sur le collecteur
d'échappement, généralement fixés par une de leurs extrémités sur l'une des parois
latérales de la culasse du moteur, a pour inconvénient d'alourdir et donc d'accroître
le porte-à-faux de ces pièces, ce qui provoque une augmentation des vibrations dans
ces dernières et donc la bruyance du moteur.
[0010] La publication
FR-A1-2721349 propose un système de recirculation des gaz comprenant un conduit de recirculation
de gaz EGR creusé dans la culasse et débouchant directement dans un conduit d'échappement
connecté à un cylindre dans ladite culasse, ledit conduit de recirculation de gaz
débouchant du côté opposé d'une face latérale de la culasse sur laquelle peut être
fixée une vanne EGR.
[0011] Un inconvénient de ce système de recirculation est que le conduit de recirculation
des gaz EGR ne communique qu'avec un seul conduit d'échappement et donc le volume
des gaz recirculés est moindre ou il est nécessaire de creuser autant de conduits
de recirculation dans la culasse que de conduits d'échappement dans la culasse. De
plus, le conduit de recirculation EGR débouche dans un conduit d'échappement de manière
non optimale pour capter les gaz d'échappement ce qui entraine une moindre efficacité
du système de recirculation.
[0012] Le but de la présente invention est de proposer un moteur à combustion interne comportant
des moyens de recirculation de gaz d'échappement, en supprimant les inconvénients
de l'art antérieur connu tout en favorisant la simplicité de son montage et la diminution
de son encombrement , le tout de façon économique.
[0013] Le moteur à combustion interne selon l'invention comporte un système de recirculation
de gaz haute pression c'est-à-dire que le système comporte un piquage des gaz brulés
en amont de dispositifs de dépollution des gaz d'échappement tels qu'un pot catalytique.
Ledit moteur comprend d'une part, une culasse dans laquelle sont agencées des canalisations
d'admission et d'échappement issues de chambres de combustion et d'autre part, des
moyens de recirculation des gaz d'échappement comprenant une vanne EGR, une première
canalisation de liaison reliant le circuit d'échappement à la vanne EGR, et une seconde
canalisation de liaison reliant la vanne EGR au circuit d'admission.
Présentation de l'invention
[0014] La présente invention concerne plus particulièrement un système de recirculation
des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant une culasse dont laquelle sont
creusés :
- des premières canalisations d'échappement,
- une canalisation d'échappement d'extrémité latérale, toutes les canalisations étant
connectées avec des chambres à combustion,
- et un conduit de recirculation de gaz d'échappement adjacent à la canalisation d'extrémité,
chacune des canalisations débouchant par une bouche distincte d'une face d'échappement
de culasse dans un collecteur d'échappement, et donnant dans un conduit d'entrée distinct
du collecteur connecté avec un plénum du collecteur,
caractérisé en ce que le conduit de recirculation et la canalisation d'extrémité adjacente
débouchent de la face d'échappement par une même bouche dans un même conduit d'entrée
mixte du collecteur d'échappement en amont du débouché dans le plénum d'admission.
[0015] De manière avantageuse, le moteur thermique comporte une culasse dans laquelle sont
creusées des canalisations de gaz d'échappement qui sont sensiblement orthogonales
à la face d'échappement de la culasse, chacune des canalisations débouche de ladite
face d'échappement par une bouche. La culasse comprend des premières canalisations
regroupées selon un côté de la culasse et une canalisation d'extrémité latérale ainsi
qu'un conduit de recirculation des gaz brulés, chacune desdites premières canalisations
est distincte et débouche de la face d'échappement de la culasse du moteur thermique
par une bouche distincte qui donne dans un conduit d'entrée distinct dans le collecteur.
On entend par le terme « distinct » le fait qu'une canalisation est séparée d'une
autre canalisation adjacente par au moins une paroi. La canalisation d'extrémité latérale
et le conduit de recirculation débouchent de la face d'échappement par une même bouche
donnant dans un même conduit d'entrée mixte du collecteur. Ainsi les gaz brulés issus
des différentes canalisations premières et d'extrémité sont susceptibles d'être captés
et dirigés dans le conduit de recirculation dont l'encombrement est réduit car il
est creusé dans la culasse.
[0016] Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
* le collecteur comporte un déflecteur apte :
- à diriger les gaz d'échappement dans le conduit d'entrée mixte depuis une bouche d'entrée
vers le plénum,
- et à ramener des gaz d'échappement vers le conduit de recirculation.
De manière avantageuse, le collecteur d'échappement comporte un déflecteur qui permet
d'une part un passage optimal des gaz brulés depuis la canalisation d'extrémité latérale
dans le collecteur d'échappement et d'autre part de ramener des gaz d'échappement
vers le conduit de recirculation, ce qui améliore l'efficacité et la perméabilité
du conduit d'entrée mixte et du conduit de recirculation.
* le déflecteur est agencé en vis-à-vis du débouché du conduit d'entrée mixte.
De manière avantageuse, le déflecteur est agencé en vis-à-vis du débouché du conduit
d'entrée mixte dans le collecteur et favorise la conduite des gaz recirculés issus
d'une part de la canalisation d'extrémité latérale dans le collecteur d'échappement
et d'autre part des autres conduits d'entrée connectés avec les premières canalisations
vers le conduit de recirculation.
* le déflecteur prolonge une paroi en vis-à-vis du débouché du conduit d'entrée mixte.
[0017] De manière avantageuse, le déflecteur prolonge une partie de la paroi du collecteur
en vis-à-vis avec le débouché du conduit d'entrée mixte ; il peut par exemple être
formé par un bossage depuis cette paroi ce qui est simple et économique.
- le conduit d'entrée mixte du collecteur présente une section de passage des gaz se
réduisant depuis une partie amont connectée avec la bouche de débouché du conduit
de recirculation et de la canalisation d'extrémité adjacente vers une partie aval
connectée avec le plénum du collecteur.
De manière avantageuse, le conduit d'entrée mixte présente une section de passage
des gaz se réduisant depuis une partie amont en vis-à-vis avec la culasse vers une
partie aval connectée avec le plénum, ladite réduction permet d'une part une meilleure
conduite des gaz vers le plénum et d'autre part de mieux capter des gaz en direction
du conduit de recirculation.
- les conduits d'entrée connectés aux premières canalisations sont raccordés à une rampe
transversale de section de passage constante et égale à la section de passage desdits
conduits d'entrée, débouchant dans le plénum.
De manière avantageuse, le passage des gaz depuis la culasse jusqu'au plenum du collecteur
est fait à section de passage constante analogue à une traversée d'un tube cylindrique
pour minimiser les pertes de charge.
- le conduit de recirculation comporte une extrémité opposée débouchant d'une face latérale
de la culasse.
De manière avantageuse, le conduit de recirculation comporte une première extrémité
débouchant de la face d'échappement et une seconde extrémité d'une face latérale sensiblement
orthogonale à la face d'échappement et contre laquelle une vanne EGR pourra être fixée,
ce qui réduit l'encombrement du système de recirculation.
- le plenum comporte une chambre d'accès vers une turbine.
De manière avantageuse, le plénum du collecteur comporte une chambre d'accès vers
une turbine notamment d'un turbocompresseur, ce qui permet de réduire l'encombrement
général du moteur et d'améliorer l'efficacité des composants du moteur dont le turbocompresseur.
- la rampe transversale et le conduit d'entrée mixte comportent un axe dirigé vers la
chambre d'accès vers la turbine.
[0018] De manière avantageuse, la rampe transversale et le conduit d'entrée mixte sont apte
à diriger les gaz vers la turbine du turbocompresseur afin d'améliorer son efficacité.
Brève description des figures
[0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de
la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés
à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels
:
- la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un système de turbocollecteur
- la figure 2 est une vue schématique de coupe de la culasse et du collecteur d'échappement.
- la figure 3 est une vue schématique de la bride d'interface du collecteur.
La figure 4 est une vue schématique des conduits de gaz du collecteur.
Description détaillée des figures
[0020] Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent
des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
[0021] On entend dans ce document par les termes « section de passage » d'un conduit ou
d'une ouverture une surface dudit conduit ou de la dite ouverture transversale à l'axe
du conduit ou de l'ouverture.
[0022] Les moteurs thermiques ou à combustion interne de véhicule automobile comportent
d'une part des systèmes en vue de réduire la pollution des gaz brulés issus de chambres
à combustion du moteur et d'autre part des systèmes de suralimentation afin d'améliorer
l'efficacité desdits moteurs.
[0023] Dans le but de réduire la pollution, il est connu de renvoyer au moins une part des
gaz brulés vers l'admission du moteur, ladite partie est alors mélangée avec de l'air
frais avant son entrée dans les cylindres du moteur. On distingue deux types de recirculation
de gaz brulés : d'une part une recirculation en basse pression qui comporte un prélèvement
de gaz brulés en aval selon le sens d'écoulement des gaz de dispositifs de dépollution
tels qu'un pot catalytique, d'autre part une recirculation en haute pression où les
gaz brulés sont captés en amont des dispositifs de dépollution et de manière préférentielle
en sortie d'une culasse du moteur. Les gaz brulés sont alors prélevés au niveau d'un
collecteur d'échappement fixé contre une face d'échappement du moteur.
[0024] De manière générale, un moteur thermique comporte un carter-cylindres comprenant
des cylindres dans lesquels un piston est mobile en coulissement selon l'axe du piston
et une culasse recouvrant la partie supérieure du carter-cylindres et donc fermant
des chambres à combustion délimitées par les parois des cylindres, les pistons et
la culasse. Dans la culasse sont creusés des conduits d'admission et des canalisations
d'échappement. De l'air frais capté à l'extérieur du véhicule et mélangé ensuite avec
des gaz brulés est conduit vers les cylindres du moteur via les conduits d'admission
et par un répartiteur d'admission fixé contre la face d'admission du moteur. Lesdits
gaz sont injectés dans les chambres à combustion en partie haute de cylindres du carter
cylindres et mélangés avec du carburant pour engendrer une explosion dans ladite chambre
générant des gaz brulés. Les gaz brulés sont alors poussés en dehors des chambres
à combustion via des canalisations d'échappement vers une face d'échappement du moteur
du côté opposé à la face d'admission.
[0025] La présente invention concerne un système de recirculation 100 des gaz brulés haute
pression prélevés au niveau du collecteur d'échappement 20 pour être renvoyés vers
la face d'admission du côté opposé du moteur. L'écoulement desdits gaz recirculés
est contrôlé par une vanne EGR pour « Exhaust Gaz Recirculation » en anglais.
[0026] Tel que présenté en figure 2, le moteur thermique de véhicule automobile comporte
une culasse 50 dans laquelle sont creusées les canalisations d'échappement 51 connectées
avec les chambres à combustion (non représentés) du moteur. Lesdites canalisations
51 débouchent de façon sensiblement orthogonale à la face d'échappement 52 de la culasse,
les débouchés desdites canalisations sont alignés selon l'axe longitudinal X de la
culasse. L'invention propose des premières canalisations d'échappement 53 disposées
du côté de la face accessoires 58 de la culasse et débouchant de la face échappement
de ladite culasse par des premières bouches 54 sensiblement identiques, oblongues
et alignées selon l'axe longitudinal X et une canalisation d'échappement 55 d'extrémité
du côté d'une face d'accouplement 59 de la culasse et un conduit de recirculation
56 creusés dans la culasse. Le conduit de recirculation comporte une première extrémité
57 débouchant de la face d'échappement de la culasse et une seconde extrémité 57'
débouchant de la face d'accouplement 59 sensiblement orthogonale à la face d'échappement
52 de la culasse 50. Selon la figure 2, le conduit de recirculation 56 et la canalisation
d'extrémité adjacente débouchent de la face d'échappement 52 par une même bouche d'extrémité
60 qui présente une ouverture oblongue dont la section est sensiblement double des
sections des premières bouches 54. Le collecteur 20 de gaz est fixé par une face de
contact 52' contre la face d'échappement 52 de la culasse et comporte des conduits
d'entrée 21,22 débouchant de ladite face de contact par des bouches d'entrée premières
et d'extrémité 54', 60' dont les sections de passage de passage des gaz sont sensiblement
égales respectivement aux sections des premières bouches 54 et de la bouche d'extrémité
60 tel que représenté en figures 1 à 3, lesdites figures permettent d'apprécier les
sections des premières bouches et de la bouche d'extrémité.
[0027] Les figures 2 et 4 représentent en inversé des cavités creusées dans le collecteur
20, le collecteur entourant les volumes 13 desdites cavités représentés. Ledit collecteur
20 est fixé contre la face d'échappement 52 de la culasse.
[0028] Le collecteur 20 comprend des premiers conduits d'entrée des gaz 21 qui sont connectés
aux premières canalisations 53 et un conduit d'entrée dit mixte 22 connecté à la canalisation
d'extrémité 55 latérale avec le conduit de recirculation 56. Le conduit d'entrée 22
est dit mixte car il peut être le siège de flux de gaz dans deux sens opposé. Les
sections d'entrée des premiers conduits d'entrée 21 sont au moins égales aux sections
des ouvertures des premières bouches 54 et il en est de même pour la section du conduit
d'entrée mixte 22 connecté avec la bouche d'extrémité 60 par laquelle débouchent la
canalisation d'extrémité avec le conduit de recirculation.
[0029] Tel que représenté en figure 4, les premiers conduits d'entrée 21 présentent une
section de passage 23 des gaz sensiblement constante et débouchent dans une rampe
transversale 24 s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal X du moteur.
De manière préférentielle, la section de passage des gaz dans la rampe transversale
24 est constante sur toute la longueur de ladite rampe. Ladite rampe transversale
24 est ainsi connectée avec chacun des premiers conduits d'entrée 21 et présente une
extrémité dirigée vers un plénum 25 et plus précisément vers une chambre d'accès 28
à une turbine 27 de turbocompresseur.
[0030] Le conduit d'entrée mixte 22 est creusé dans le collecteur selon un axe dirigé vers
le plenum 25 pour diriger des gaz brulés vers ledit plenum et particulièrement vers
chambre d'accès 28 à la turbine de turbocompresseur. La section de passage 23' du
conduit d'entrée mixte est réduite de manière préférentielle de manière continue pour
présenter une section de passage en regard avec le plenum sensiblement égale à la
section de passage de la rampe transversale 24.
[0031] Selon un mode de réalisation, la section de passage des gaz dans le rampe transversale
24 est comprise entre 600 et 750 mm2 et la section de passage du conduit d'entrée
mixte diminue de 1500 à 750 mm2 depuis l'extrémité amont 24
am en regard avec la culasse jusqu'à l'extrémité aval 24
av donnant dans le plénum 25.
[0032] Selon un mode de réalisation de l'invention, le collecteur comporte un déflecteur
26 s'étendant depuis une paroi du collecteur en vis-à-vis avec le débouché 22
av du conduit d'entrée mixte 22 dans le plénum 25. Selon la figure 2, le déflecteur
26 est formé par un bossage depuis la paroi du collecteur en regard avec le conduit
d'entrée mixte 22. La section de passage des gaz brulés issus de la canalisation d'extrémité
latérale 55 est donc réduite par le déflecteur 26 dans le conduit d'entrée mixte 22
depuis la bouche d'entrée 60' du conduit d'entrée mixte jusqu'au plénum 25.
[0033] Lors du fonctionnement du moteur, les gaz brulés sont expulsés des chambres de combustion
selon un cycle de combustion c'est-à-dire que les gaz brulés ne remplissent pas toutes
les canalisations d'échappement 51,53, 55 à la fois, la valeur sensiblement constante
des sections de passage des premiers conduits d'entrée 21 et de la rampe transversale
24 permet une moindre perte de charge de l'écoulement des gaz depuis la culasse jusqu'à
l'atteinte du plénum 25 dans le collecteur 20. Ledit plénum 25 permet la jonction
entre la rampe transversale 24 et le conduit d'entrée mixte 22. Les gaz brulés issus
de la rampe transversale peuvent ainsi passer vers le conduit d'entrée mixte 22 en
longeant le déflecteur 26 puis vers le conduit de recirculation 56 lors de l'ouverture
de la vanne EGR.
[0034] Les gaz brulés issus de la canalisation 55 d'extrémité latérale sont dirigés vers
le plénum 25 et plus particulièrement vers la chambre d'accès 28 vers la turbine 27.
Au débouché de la face d'échappement, lesdits gaz sont dirigés dans le conduit d'entrée
mixte 22 dont la section de passage à cet endroit est beaucoup plus grande que la
section de passage de la canalisation d'extrémité latérale 55, ce qui accroit les
pertes de charge. Le déflecteur 26 favorise cet écoulement des gaz en réduisant sensiblement
la section de passage dans le conduit d'entrée mixte 22.
[0035] Pour améliorer le passage des gaz de la canalisation d'extrémité 55 vers le conduit
de recirculation 56, on peut prévoir de réduire la paroi de séparation entre ladite
canalisation d'échappement 55 et le conduit de recirculation 56, par exemple en permettant
une liaison entre lesdits deux conduits juste avant la bouche de sortie 60 de la face
d'échappement ou en rabotant légèrement l'angle 61 de la paroi de séparation 62 entre
la canalisation d'extrémité et le conduit de recirculation avant la face d'échappement
de la culasse pour obtenir un arrondi.
[0036] Selon les vitesses des gaz, lesdits gaz sont dirigés par les parois du collecteur
20 et du déflecteur 26 en vis-à-vis avec les débouchés des conduits d'entrée 21,22
pour arriver dans le conduit de recirculation. Les écoulements des gaz brulés sont
ainsi représentés par des flèches en figure 2.
[0037] L'objectif est atteint :
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de
cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire
toutes les variantes.
1. Système de recirculation (100) des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant
une culasse (50) dont laquelle sont creusés :
- des premières canalisations (53),
- une canalisation d'extrémité latérale (55), toutes les canalisations étant connectées
avec des chambres à combustion,
- et un conduit de recirculation (56) de gaz d'échappement adjacent à la canalisation
d'extrémité (55),
débouchant tous par une bouche (54, 60) distincte d'une face d'échappement de culasse
dans un collecteur d'échappement, chacune des canalisations étant connectée à un conduit
d'entrée (21, 22) distinct du collecteur (20) débouchant ensuite dans un plénum d'admission
(25) du collecteur,
caractérisé en ce que le conduit de recirculation (56) et la canalisation d'extrémité (55) adjacente débouchent
de la face d'échappement (52) par une même bouche d'extrémité (60) dans un même conduit
d'entrée mixte (22) du collecteur d'échappement en amont du débouché dans le plénum
(25) d'admission.
2. Système de recirculation (100) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que le collecteur comporte un déflecteur (26) apte :
- à diriger les gaz d'échappement dans le conduit d'entrée mixte (22) depuis une bouche
d'entrée (60') vers le plénum (25),
- et à ramener des gaz d'échappement vers le conduit de recirculation (56).
3. Système de recirculation (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur (26) est agencé en vis-à-vis du débouché (22av) du conduit d'entrée mixte (22).
4. Système de recirculation (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déflecteur prolonge une paroi en vis-à-vis du débouché (22av) du conduit d'entrée mixte (22).
5. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit d'entrée mixte (22) du collecteur (20) présente une section de passage
(23) des gaz se réduisant depuis une partie amont connectée avec la bouche de débouché
du conduit de recirculation et de la canalisation d'extrémité adjacente vers le débouché
(22av) connecté avec le plénum du collecteur.
6. Système de recirculation (100° selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les conduits d'entrée (21) connectés aux premières canalisations (53) sont raccordés
à une rampe transversale (24) de section de passage constante et égale à la section
de passage (23) desdits conduits d'entrée (21) débouchant dans le plénum.
7. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit de recirculation (56) comporte une extrémité en aval (57') débouchant
d'une face latérale d'accouplement (59) de la culasse.
8. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le plénum (25) comporte une chambre d'accès (28) vers une turbine.
9. Système de recirculation (100) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la rampe transversale (24) et le conduit d'entrée mixte (22) comportent un axe dirigé
vers la chambre d'accès (28) à la turbine.
10. Moteur thermique de véhicule automobile comportant un système de recirculation (100)
des gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.