FR2917131A1 - Internal combustion engine e.g. direct injection type oil engine, for motor vehicle, has injection device with aerodynamic conditioning units for causing ordered turbulent flow around determined injection axis in recirculated exhaust gases - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moteur à combustion interne comportant un dispositif d'injection (50) des gaz d'échappement recirculés (G2) dans le conduit d'admission (22) qui, agencé à l'intérieur et en sortie (40) du conduit de recirculation (36), est traversé par les gaz d'échappement recirculés (G2) destinés à être injectés dans le conduit d'admission (22), le dispositif d'injection (50) comportant des moyens de conditionnement aérodynamique (52) qui sont aptes à provoquer dans lesdits gaz d'échappement recirculés (G2) un mouvement tourbillonnaire ordonné autour d'un axe (X) déterminé d'injection de manière à améliorer l'homogénéité du mélange desdits gaz d'échappement recirculés (G2) avec des gaz frais (G1) circulant d'amont en aval dans le conduit d'admission (22).The invention relates to an internal combustion engine comprising an injection device (50) for the recirculated exhaust gases (G2) in the intake duct (22) which, arranged inside and at the outlet (40) of the recirculation duct (36) is traversed by the recirculated exhaust gas (G2) intended to be injected into the intake duct (22), the injection device (50) comprising aerodynamic conditioning means (52). which are capable of causing in said recirculated exhaust gas (G2) a vortex movement ordered around a given injection axis (X) so as to improve the homogeneity of the mixture of said recirculated exhaust gases (G2) with fresh gases (G1) flowing from upstream to downstream in the intake duct (22).
Description
"Moteur à combustion interne comportant un dispositif apte à animer d'un"Internal combustion engine having a device capable of animating a
mouvement tourbillonnaire ordonné les gaz d'échappement recirculés injectés" L'invention concerne un moteur à combustion interne comportant un dispositif apte à animer d'un mouvement tourbillonnaire ordonné les gaz d'échappement recirculés injectés dans le conduit d'admission. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, io comportant au moins un compresseur qui est agencé dans un conduit d'admission, en amont du répartiteur d'admission du circuit d'admission, et qui est entraîné en rotation par une turbine agencée dans un conduit d'échappement, en aval du collecteur d'échappement du circuit d'échappement, un circuit de 15 recirculation des gaz d'échappement comportant au moins un conduit de recirculation qui comporte au moins une entrée raccordée, en amont de la turbine, au circuit d'échappement et une sortie raccordée, en amont du répartiteur d'admission, au conduit d'admission, ledit conduit de recirculation comportant au 20 moins des moyens de régulation, telle qu'une vanne, commandée par un dispositif de commande associé de manière à réguler sélectivement le débit des gaz d'échappement recirculés dans le conduit de recirculation. On connaît de nombreux moteurs à combustion interne de 25 ce type, notamment des moteurs Diesel à injection directe, qui sont équipés d'au moins un turbocompresseur et un circuit de recirculation des gaz d'échappement. Les moteurs à combustion interne produisent et émettent dans les gaz d'échappement des substances polluantes, telles 30 que du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et tout particulièrement des oxydes d'azote ou NOx . Or, les normes antipollution applicables aux véhicules automobiles sont de plus en plus sévères et imposent des 2 quantités maximales toujours plus faibles de ces substances polluantes rejetées dans l'atmosphère par les véhicules automobiles. Pour limiter les émissions de polluants et satisfaire aux normes, on a proposé différentes solutions au nombre desquelles figure la recirculation des gaz d'échappement qui consiste à réinjecter une partie des gaz d'échappement à l'admission et qui est usuellement appelée EGR qui est l'acronyme de Exhaust Gas Recirculation en terminologie anglaise. io La recirculation des gaz d'échappement permet, particulièrement en charge partielle, d'obtenir une réduction importante des rejets et de satisfaire aux normes antipollution. En effet, la recirculation d'au moins une partie des gaz d'échappement vers l'admission du moteur à combustion interne 15 permet d'abaisser la température de combustion, et donc de réduire la quantité des oxydes d'azote ou NOx émis par le moteur. Plus précisément, la réaction de formation des oxydes d'azote est favorisée par une température élevée et la présence d'un excès d'air, les oxydes d'azote se forment donc 20 principalement dans les zones de la chambre de combustion du cylindre dans lesquelles la richesse du mélange air-carburant est inférieure au rapport stoechiométrique. La recirculation des gaz d'échappement repose donc sur les propriétés thermodynamiques des gaz d'échappement qui, 25 contenant une fraction importante de dioxyde de carbone, ont une capacité calorifique supérieure à celle des autres espèces majoritairement présentes dans l'air frais telles que l'azote et l'oxygène. Ainsi, l'introduction de gaz d'échappement recirculés a un 30 premier effet, dit de dilution thermique, qui correspond au fait que la capacité calorifique des gaz d'échappement étant plus élevée que celle de l'air, leur réintroduction dans la chambre de 3 combustion provoque un abaissement des températures lors de la combustion. Ainsi, lors du dégagement d'énergie provoqué par combustion du carburant, le dioxyde de carbone absorbe une quantité d'énergie plus importante que celle qui serait absorbée par les autres espèces majoritairement présentes dans l'air frais. Par conséquent la température des gaz dans la chambre de combustion est réduite ce qui diminue fortement la quantité d'oxydes d'azote produite. io De plus, l'introduction de gaz d'échappement recirculés a un second effet, dit de dilution physique, qui correspond au fait que les gaz d'échappement recirculés occupent en partie la place de l'air, en particulier en charge partielle, limitant par conséquent les zones de faible richesse caractérisée par un excès d'air. 15 De manière connue, la recirculation des gaz d'échappement consiste donc à injecter dans la chambre de combustion des cylindres du moteur un mélange de gaz constitué d'une part de gaz d'échappement, dits recirculés, provenant du circuit d'échappement et, d'autre part, de gaz d'admission ou gaz frais 20 en provenance de l'extérieur via le circuit d'admission. Cependant, un des problèmes rencontrés est l'hétérogénéité du mélange des gaz d'échappement recirculés avec les gaz d'admission, laquelle se traduit par la formation de zones "pauvres" dans lesquelles la richesse est inférieure au 25 rapport stoechiométrique provoquant l'émission accrue de certains polluants, voir des instabilités de combustion. C'est la raison pour laquelle certains moteurs à combustion comportant un circuit de recirculation des gaz d'échappement sont encore équipés de dispositif de mélange ou de moyens de 30 perturbation destinés à favoriser le mélange des gaz frais d'admission et des gaz d'échappement recirculés pour améliorer l'homogénéité du mélange. 4 On connaît, par exemple du document DE-A-34.40.328, un dispositif de mélange des gaz agencé dans un conduit principal d'admission dans lequel s'écoulent, de l'amont vers l'aval, les gaz frais et les gaz d'échappement recirculés provenant du conduit de recirculation qui est raccordé au conduit d'admission. Plus précisément, le conduit de recirculation est raccordé au conduit d'admission en amont du répartiteur d'admission de manière que les gaz d'échappement recirculés s'écoulent, après leur injection, avec les gaz frais dans le conduit d'admission à io l'intérieur duquel sont agencés des moyens de perturbation. Les moyens de perturbation sont par exemple une pluralité d'éléments en forme d'ailettes incurvées destinées à créer des perturbations et des turbulences pour favoriser le mélange des gaz frais et des gaz d'échappement recirculés. 15 Un tel dispositif contribue à améliorer faiblement le mélange des gaz car leur fonctionnement est totalement indépendant de la pression des gaz, laquelle est directement fonction de la charge du moteur et du régime, et les mouvements turbulents créés dans le mélange gazeux les traversant sont 20 insuffisants pour améliorer sensiblement l'homogénéité de ce dernier. De plus, un tel dispositif provoque une perte de charge importante dans le conduit d'admission à l'intérieur duquel sont agencés les moyens de perturbation, car ces derniers gênent 25 l'écoulement des gaz. De surcroît, à certains régimes du moteur, la recirculation des gaz d'échappement n'est pas nécessaire, auxquels cas ces dispositifs de mélange des gaz présentent l'inconvénient de provoquer une perte de charge inutile. 30 De tels dispositifs ne donnent donc pas entière satisfaction, notamment en raison des pertes de charges provoquées, du peu d'efficacité sur l'amélioration de l'homogénéité du mélange des gaz d'échappement recirculés et d'admission ou encore en raison de l'impossibilité d'une mise en oeuvre sélective en fonction de la charge du moteur. La présente invention vise notamment à résoudre les inconvénients précités et tout particulièrement à améliorer 5 l'homogénéité du mélange des gaz d'admission et des gaz d'échappement recirculés afin de réduire les émissions de substances polluantes telles que les oxydes d'azote (NOx). Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le moteur comporte au io moins un dispositif d'injection des gaz d'échappement recirculés dans le conduit d'admission qui, agencé à l'intérieur et en sortie du conduit de recirculation, est traversé par les gaz d'échappement recirculés destinés à être injectés dans le conduit d'admission, le dispositif d'injection comportant des moyens de 15 conditionnement aérodynamique qui sont aptes à provoquer dans lesdits gaz d'échappement recirculés un mouvement tourbillonnaire ordonné autour d'un axe déterminé d'injection de manière à améliorer l'homogénéité du mélange desdits gaz d'échappement recirculés avec les gaz frais circulant d'amont en aval dans le 20 conduit d'admission. Avantageusement, le mouvement aérodynamique ordonné dont les gaz d'échappement recirculés sont animés va favoriser dès leur injection leur mélange avec les gaz frais d'admission et ainsi améliorer l'homogénéité du mélange gazeux destiné à être 25 introduit ensuite dans les chambres de combustion des cylindres du moteur. Grâce à l'invention, il est possible de mélanger efficacement et sélectivement les gaz d'échappement recirculés avec les gaz d'admission lorsque la recirculation des gaz 30 d'échappement est nécessaire. De plus, le dispositif d'injection selon l'invention étant agencé dans le conduit de recirculation ne provoque pas de pertes de charge dans le conduit principal d'admission, 6 notamment pas lorsque la recirculation des gaz d'échappement n'est pas nécessaire. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le dispositif d'injection des gaz d'échappement recirculés comporte au moins un corps délimitant centralement un puits cylindrique de passage des gaz d'échappement recirculés qui, de section circulaire et s'étendant suivant l'axe déterminé d'injection, communique avec le conduit d'admission par une ouverture formant la sortie du conduit de recirculation et les moyens de io conditionnement aérodynamique sont constitués par au moins un perçage qui, traversant ledit corps du dispositif, est apte à établir une communication permettant la circulation des gaz d'échappement recirculés entre le conduit de recirculation et le puits d'injection, ledit au moins un perçage débouchant à 15 l'intérieur du puits tangentiellement à la surface cylindrique interne du corps délimitant le puits de manière à provoquer le mouvement tourbillonnaire ordonné dans les gaz d'échappement recirculés ; - l'axe d'injection des gaz d'échappement recirculés 20 s'étend verticalement, orthogonalement au flux des gaz frais circulant dans le conduit d'admission ; - le dispositif d'injection comporte quatre perçages qui sont répartis circonférentiellement de manière régulière dans le corps de section circulaire et qui débouchent à l'intérieur du puits 25 tangentiellement à la surface cylindrique interne ; - le corps du dispositif d'injection comporte au moins un premier tronçon, dit supérieur, comportant les perçages des moyens de conditionnement aérodynamique et un second tronçon, dit inférieur, le premier tronçon comportant une extrémité 30 supérieure reliée à une face interne de la paroi formant le conduit de recirculation et une extrémité inférieure se raccordant par l'intermédiaire d'un tronçon oblique de raccordement avec l'extrémité supérieure du second tronçon, l'extrémité inférieure du 7 second tronçon délimitant l'ouverture du puits débouchant dans le conduit d'admission ; - le premier tronçon circulaire à travers lequel les gaz d'échappement recirculés pénètrent latéralement par les perçages dans le puits vertical présente une première section de passage qui est supérieure à la seconde section de passage du second tronçon circulaire de manière à provoquer dans la partie inférieure une accélération du mouvement tourbillonnaire ordonné des gaz d'échappement recirculés avant leur injection dans le io conduit d'admission ; - le conduit d'admission comporte un tronçon comportant un rétrécissement de la section de passage de manière à former un venturi et l'ouverture du puits du dispositif d'injection des gaz d'échappement recirculés animés du mouvement tourbillonnaire 15 ordonné débouche dans le conduit d'admission à proximité dudit rétrécissement ; - les moyens de régulation sont intégrés au dispositif d'injection et constitués par au moins une vanne comportant une soupape munie d'une tête qui est apte à obturer l'ouverture du 20 puits, la soupape étant commandée en déplacement par le dispositif de commande de manière à ouvrir ou fermer sélectivement ladite ouverture du puits pour contrôler la recirculation des gaz d'échappement ; - le conduit de recirculation des gaz d'échappement 25 recirculés comporte un compresseur disposé en amont du dispositif d'injection de manière à accroître sélectivement, en fonction du régime moteur, la pression des gaz d'échappement recirculés ; - l'entrée du conduit de recirculation des gaz 30 d'échappement est raccordée au collecteur d'échappement du circuit d'échappement du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la 8 compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique illustrant un moteur à combustion interne comportant un circuit de recirculation des gaz d'échappement muni d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'injection à moyens de conditionnement aérodynamique selon l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des vues de détail de la figure 1 qui représentent, en coupe par un plan vertical, la zone de io jonction du conduit de recirculation et du conduit d'admission dans laquelle est agencé le dispositif selon l'invention et qui illustrent un mode de réalisation préféré selon lequel la vanne EGR est intégrée aux moyens de conditionnement aérodynamiques du dispositif, les figures 2 et 3 illustrant 15 respectivement les positions fermé et ouverte de ladite vanne ; - la figure 4 est une vue de détail qui représente en coupe par le plan horizontal IV-IV le dispositif selon la figure 2 et qui illustre les perçages qui débouchant tangentiellement dans le puits constituent les moyens de conditionnement aérodynamique 20 des gaz d'échappement recirculés. Dans la description et les revendications, on utilisera à titre non limitatif les termes "amont" et "aval", "supérieur" et "inférieur", etc. et les orientations "longitudinale", "verticale" et "transversale" pour désigner respectivement des éléments selon 25 les définitions données dans la description et par rapport au trièdre (L, V, T) représenté sur les figures. Par convention, le sens d'écoulement des gaz d'admission, des gaz d'échappement, recirculés ou non, sera considéré comme s'effectuant d'amont vers l'aval dans les conduits et circuits 30 respectifs du moteur à combustion interne. A la figure 1, la référence 10 désigne dans son ensemble un moteur à combustion interne, notamment destiné à équiper un véhicule automobile. 9 De préférence, le moteur 10 à combustion interne est un moteur Diesel, avantageusement à injection directe et équipé d'un turbocompresseur. Le moteur 10 comporte une culasse 12 représentée schématiquement ici avec quatre cylindres 14. The invention relates to an internal combustion engine comprising a device adapted to animate an ordered vortex movement of the recirculated exhaust gas injected into the intake duct. more particularly an internal combustion engine, especially for a motor vehicle, comprising at least one compressor which is arranged in an intake duct, upstream of the intake manifold of the intake circuit, and which is rotated by a turbine arranged in an exhaust duct, downstream of the exhaust manifold of the exhaust circuit, an exhaust gas recirculation circuit comprising at least one recirculation duct which comprises at least one connected inlet, upstream of the turbine, the exhaust circuit and a connected outlet, upstream of the intake distributor, to the intake duct, said duct recirculating circuit comprising at least one regulating means, such as a valve, controlled by an associated control device so as to selectively regulate the flow rate of the recirculated exhaust gas in the recirculation duct. Many internal combustion engines of this type are known, including direct injection diesel engines, which are equipped with at least one turbocharger and an exhaust gas recirculation circuit. Internal combustion engines produce and emit pollutants in the exhaust gases, such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons, particulates and most particularly nitrogen oxides or NOx. However, the anti-pollution standards applicable to motor vehicles are becoming more stringent and impose ever lower maximum quantities of these pollutants released into the atmosphere by motor vehicles. In order to limit pollutant emissions and meet the standards, various solutions have been proposed, including the recirculation of exhaust gas, which consists in injecting a part of the exhaust gas at the intake and which is usually called an EGR which is the acronym for Exhaust Gas Recirculation in English terminology. Exhaust gas recirculation makes it possible, particularly in partial load, to obtain a significant reduction in discharges and to meet anti-pollution standards. Indeed, the recirculation of at least a portion of the exhaust gas to the intake of the internal combustion engine 15 allows to lower the combustion temperature, and therefore to reduce the amount of nitrogen oxides or NOx emitted by engine. More specifically, the formation reaction of the nitrogen oxides is favored by a high temperature and the presence of an excess of air, the nitrogen oxides are therefore formed mainly in the areas of the cylinder's combustion chamber in which the richness of the air-fuel mixture is lower than the stoichiometric ratio. Exhaust gas recirculation is therefore based on the thermodynamic properties of exhaust gases which, containing a large fraction of carbon dioxide, have a higher heat capacity than other species predominantly present in fresh air such as nitrogen and oxygen. Thus, the introduction of recirculated exhaust gas has a first effect, called thermal dilution, which corresponds to the fact that the heat capacity of the exhaust gases being higher than that of air, their reintroduction into the chamber 3 combustion causes a lowering of temperatures during combustion. Thus, during the release of energy caused by combustion of the fuel, the carbon dioxide absorbs a greater amount of energy than that which would be absorbed by the other species predominantly present in the fresh air. As a result, the temperature of the gases in the combustion chamber is reduced, which greatly reduces the amount of nitrogen oxides produced. In addition, the introduction of recirculated exhaust gas has a second effect, called physical dilution, which corresponds to the fact that the recirculated exhaust gas occupies part of the air space, in particular at partial load, thus limiting areas of low richness characterized by an excess of air. In known manner, the recirculation of the exhaust gas thus consists in injecting into the combustion chamber of the engine cylinders a mixture of gases consisting on the one hand of exhaust gas, said recirculated, coming from the exhaust system and on the other hand, intake gas or fresh gas from outside via the intake circuit. However, one of the problems encountered is the heterogeneity of the mixture of the recirculated exhaust gas with the intake gas, which results in the formation of "poor" zones in which the richness is lower than the stoichiometric ratio causing the emission increased pollutants, see instability of combustion. This is the reason why some combustion engines comprising an exhaust gas recirculation circuit are still equipped with a mixing device or disturbance means intended to promote the mixing of the fresh intake gases and the exhaust gases. recirculated exhaust to improve the homogeneity of the mixture. DE-A-34.40.328 discloses, for example, a gas mixing device arranged in a main intake duct into which the fresh gases and condensates flow from upstream to downstream. recirculated exhaust gas from the recirculation duct which is connected to the intake duct. More specifically, the recirculation duct is connected to the intake duct upstream of the intake manifold so that the recirculated exhaust gas flows, after their injection, with the fresh gases in the intake duct at io. inside which disturbance means are arranged. The disturbance means are for example a plurality of curved fin elements designed to create disturbances and turbulence to promote the mixing of fresh gases and recirculated exhaust gas. Such a device contributes to slightly improving the mixing of the gases because their operation is totally independent of the gas pressure, which is a direct function of the engine load and the speed, and the turbulent movements created in the gaseous mixture passing through them are insufficient to significantly improve the homogeneity of the latter. In addition, such a device causes a significant pressure drop in the intake duct within which the disruption means are arranged, since the latter impede the flow of gases. In addition, at certain engine speeds, recirculation of the exhaust gas is not necessary, in which case these gas mixing devices have the disadvantage of causing an unnecessary pressure drop. Such devices are therefore not entirely satisfactory, in particular because of the pressure losses caused, the lack of efficiency in improving the homogeneity of the mixture of recirculated exhaust gases and of admission or because of the impossibility of a selective implementation according to the load of the engine. The present invention aims in particular to solve the aforementioned drawbacks and particularly to improve the homogeneity of the mixture of intake gases and recirculated exhaust gases in order to reduce the emissions of polluting substances such as nitrogen oxides (NOx). ). For this purpose, the invention proposes a motor of the type described above, characterized in that the engine comprises at least one injection device of the recirculated exhaust gas in the intake duct which, arranged inside and at the outlet of the recirculation duct is passed through the recirculated exhaust gas to be injected into the intake duct, the injection device comprising aerodynamic conditioning means which are able to cause in said exhaust gas recirculated a vortex movement ordered around a given injection axis so as to improve the homogeneity of the mixture of said recirculated exhaust gas with the fresh gas circulating from upstream to downstream in the intake duct. Advantageously, the ordered aerodynamic movement whose recirculated exhaust gases are driven will promote, as soon as they are injected, their mixing with the fresh intake gases and thus improve the homogeneity of the gaseous mixture intended to be subsequently introduced into the combustion chambers of the engines. engine cylinders. Thanks to the invention, it is possible to effectively and selectively mix the recirculated exhaust gas with the intake gas when exhaust gas recirculation is required. In addition, the injection device according to the invention being arranged in the recirculation duct does not cause pressure losses in the main intake duct, 6 not especially when the recirculation of the exhaust gas is not necessary. . According to other features of the invention: the device for injecting the recirculated exhaust gas comprises at least one body delimiting centrally a cylindrical well for the passage of recirculated exhaust gases which, of circular section and extending according to the determined axis of injection, communicates with the intake duct through an opening forming the outlet of the recirculation duct and the aerodynamic conditioning means are constituted by at least one bore which, passing through said body of the device, is adapted to establishing a communication allowing the circulation of the recirculated exhaust gas between the recirculation duct and the injection well, said at least one piercing opening inside the well tangential to the internal cylindrical surface of the body delimiting the well so that causing the ordered vortex movement in the recirculated exhaust gas; the injection axis of the recirculated exhaust gas extends vertically, orthogonally to the flow of the fresh gases circulating in the intake duct; - The injection device comprises four bores which are circumferentially distributed evenly in the circular section body and which open into the well 25 tangentially to the inner cylindrical surface; the body of the injection device comprises at least a first section, said upper, comprising the bores of the aerodynamic conditioning means and a second section, said lower, the first section comprising an upper end connected to an inner face of the wall; forming the recirculation duct and a lower end connecting via an oblique connecting section with the upper end of the second section, the lower end of the second section delimiting the opening of the well opening into the duct. admission; - The first circular section through which the recirculated exhaust gas enters laterally through the holes in the vertical shaft has a first passage section which is greater than the second passage section of the second circular section so as to cause in the lower part. an acceleration of the ordered vortex movement of the recirculated exhaust gas prior to injection into the intake duct; the inlet duct comprises a section comprising a narrowing of the passage section so as to form a venturi and the opening of the well of the injection device of the recirculated exhaust gases driven by the ordered vortex movement opens into the duct admission near said narrowing; the regulation means are integrated in the injection device and consist of at least one valve comprising a valve provided with a head which is able to close the opening of the well, the valve being controlled in displacement by the control device so as to selectively open or close said well opening to control the recirculation of the exhaust gas; the recirculated exhaust gas recirculation duct 25 comprises a compressor arranged upstream of the injection device so as to increase selectively, as a function of the engine speed, the pressure of the recirculated exhaust gas; the inlet of the exhaust gas recirculation duct is connected to the exhaust manifold of the engine exhaust system. Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic representation illustrating an internal combustion engine comprising an exhaust gas recirculation circuit provided with an exemplary embodiment of an injection device with aerodynamic conditioning means according to the invention; FIGS. 2 and 3 are detail views of FIG. 1 which show, in section through a vertical plane, the junction zone of the recirculation duct and of the intake duct in which the device according to the invention is arranged. and which illustrate a preferred embodiment according to which the EGR valve is integrated with the aerodynamic conditioning means of the device, FIGS. 2 and 3 respectively showing the closed and open positions of said valve; FIG. 4 is a detailed view which shows in section through the horizontal plane IV-IV the device according to FIG. 2 and which illustrates the bores which open tangentially into the well constitute the means of aerodynamic conditioning of the recirculated exhaust gases. . In the description and the claims, the terms "upstream" and "downstream", "upper" and "lower", etc., will be used without implied limitation. and the "longitudinal", "vertical" and "transverse" orientations for respectively designating elements according to the definitions given in the description and with respect to the trihedron (L, V, T) shown in the figures. By convention, the flow direction of the intake gases, the exhaust gases, recirculated or not, will be considered as being effected from upstream to downstream in the respective ducts and circuits of the internal combustion engine. In Figure 1, reference numeral 10 generally designates an internal combustion engine, in particular for equipping a motor vehicle. Preferably, the internal combustion engine 10 is a diesel engine, preferably with direct injection and equipped with a turbocharger. The engine 10 comprises a cylinder head 12 shown schematically here with four cylinders 14.
Le moteur 10 comporte principalement un circuit d'admission 16, un circuit d'échappement 18 et un circuit de recirculation 20, dit circuit EGR, pour la recirculation d'au moins une partie des gaz d'échappement vers le circuit d'admission 16 du moteur 10. io Le circuit d'admission 16 comporte un conduit d'admission 22 à l'extrémité amont duquel est admis depuis l'extérieur de l'air frais, représenté sur les figures par la flèche G1, le flux d'air frais G1 circulant vers l'aval en direction d'un répartiteur d'admission 24 comportant des ramifications pour amener le mélange gazeux 15 jusqu'à la chambre de combustion (non représentée) de chaque cylindre 14 du moteur 10. De préférence, le conduit d'admission 22 comporte, en amont du répartiteur 24, un compresseur 26 destiné à comprimer le flux d'air frais G1 et un refroidisseur d'air de suralimentation 28 20 agencé dans le conduit 22 en aval du compresseur 26. Le compresseur 26 est entraîné en rotation par une turbine 30 qui est agencée dans un conduit d'échappement 32, en aval du collecteur d'échappement 34 du circuit d'échappement 18 dans lequel s'écoulent des gaz d'échappement G du moteur 10. 25 Comme pour l'admission, les gaz d'échappement G qui sortent des cylindres 14 après chaque cycle de combustion du moteur 10 empruntent des ramifications qui débouchent dans le collecteur d'échappement 34 avant de s'écouler vers l'aval dans le conduit d'échappement 32 en direction de la turbine 30, en aval 30 de laquelle les gaz d'échappement sont évacués vers l'extérieur. Le circuit 20 de recirculation des gaz d'échappement du moteur 10 comporte un conduit de recirculation 36 qui comporte au moins une entrée 38 raccordée, en amont de la turbine 30, au 2917131 i0 circuit d'échappement 18 et une sortie 40 raccordée au conduit d'admission 22, en amont du répartiteur d'admission 24. De préférence, l'entrée 38 du conduit de recirculation 36 est située au plus prêt du collecteur d'échappement 34. 5 Avantageusement, l'entrée 38 du conduit de recirculation 36 se raccorde directement sur le collecteur d'échappement 34 afin de réduire les pertes de pression dans la partie des gaz d'échappement qui, représentée par la flèche G2, est destinée à être mise en recirculation via le conduit 36. io Avantageusement, la sortie 40 du conduit de recirculation 36 se raccorde sur un tronçon 42 du conduit d'admission 22 qui s'étend, d'amont vers l'aval, entre le refroidisseur 28 et le répartiteur d'admission 24. De préférence, le conduit de recirculation 36 comporte des 15 moyens de régulation 44 (voir figure 2), telle qu'au moins une vanne commandée par un dispositif de commande 46 associé de manière à réguler sélectivement le débit des gaz d'échappement recirculés G2 dans le conduit de recirculation 36. Avantageusement, le tronçon 42 du conduit d'admission 22 20 comporte, au voisinage de sa jonction avec la sortie 40 du conduit de recirculation 36, un rétrécissement 48, c'est à dire une section de passage réduite par rapport à la section principale du conduit 22, de manière à former un "venturi", encore appelé aussi "tube de venturi". 25 Avantageusement, le moteur 10 comporte au moins un dispositif 50, dit d'injection des gaz d'échappement recirculés G2 dans le conduit d'admission 22, qui est agencé à l'intérieur et à la sortie 40 du conduit de recirculation 36 de manière que le dispositif est obligatoirement traversé par les gaz d'échappement 30 recirculés destinés à être injectés dans le conduit d'admission 22 en étant animés d'un mouvement tourbillonnaire ordonné. Conformément à l'invention, le dispositif d'injection 50 comporte des moyens de conditionnement aérodynamique 52 qui 2917131 Il sont aptes à provoquer dans les gaz d'échappement recirculés G2 le traversant un mouvement tourbillonnaire ordonné défini comme un mouvement d'enroulement des gaz autour d'un axe X déterminé d'injection. 5 Le conditionnement aérodynamique a pour but de créer ou de provoquer dans les gaz d'échappement recirculés G2 un tel mouvement tourbillonnaire ordonné de manière que, lors de l'injection, l'homogénéité du mélange desdits gaz d'échappement recirculés G2 avec les gaz frais G1 circulant d'amont en aval dans io le conduit d'admission 22 soit améliorée. En effet, le mouvement tourbillonnaire ordonné va favoriser le mélange entre les gaz G1 et G2 et par conséquent réduire l'hétérogénéité du mélange d'admission G3. Grâce au mouvement tourbillonnaire ordonné dont les gaz 15 d'échappement recirculés sont animés, on améliore le mélange entre ces gaz d'échappement G2 et le flux d'air frais G1 circulant dans le conduit d'admission 22 et par conséquent l'homogénéité du mélange gazeux admis G3 résultant du mélange entre les gaz d'échappement recirculés G2 et l'air frais G1 . 20 La combustion est ainsi améliorée, en particulier à moyennes charges, et les émissions de substances polluantes telles que les NOx avantageusement réduites. Selon un exemple de réalisation préféré, le dispositif 50 d'injection des gaz d'échappement recirculés G2 comporte au 25 moins un corps 54 délimitant centralement un puits cylindrique 56 constituant l'unique passage pour les gaz d'échappement recirculés G2, et en ce sens un passage obligé pour les gaz G2 entre le conduit de recirculation 36 d'une part et le conduit d'admission 22 d'autre part. 30 De préférence, le puits cylindrique 56 est de section globalement circulaire et s'étend verticalement suivant l'axe vertical X d'injection, ledit puits 56 communiquant avec le conduit 12 d'admission 22 par une ouverture 58 formant la sortie 40 du conduit de recirculation 36. Avantageusement, l'axe X d'injection des gaz d'échappement recirculés G2 constituant l'axe de référence du mouvement tourbillonnaire ordonnée s'étend donc verticalement, c'est-à-dire orthogonalement au flux des gaz frais G1 circulant longitudinalement d'amont en aval dans le conduit d'admission 22. L'angle d'injection défini par l'intersection de l'axe X et l'axe principal Y longitudinal du conduit d'admission est donc avantageusement de 90 . En variante, la valeur de l'angle d'injection est comprise entre 90 et 0 , les gaz d'échappement recirculés G2 étant alors injectés sensiblement parallèlement au flux des gaz frais G1. Avantageusement, les moyens de conditionnement aérodynamique 52 sont constitués par au moins un perçage 60 qui, traversant ledit corps 54 du dispositif 50 pour former une ouverture d'entrée, est apte à établir une communication univoque permettant la circulation des gaz d'échappement recirculés G2 entre le conduit de recirculation 36 et le puits d'injection 56 qui communique en sortie avec le conduit d'admission 22 par l'ouverture 58. Selon un mode de réalisation préféré et tel qu'illustré à la figure 4, le dispositif d'injection 50 comporte avantageusement quatre perçages 60a, 60b, 60c et 60d qui sont répartis circonférentiellement de manière régulière dans le corps circulaire 54 de manière à déboucher à l'intérieur du puits 56, tangentiellement à la surface cylindrique interne 62 délimitant le puits ce qui provoque un mouvement tourbillonnaire ordonné dans les gaz d'échappement recirculés G2. The engine 10 comprises mainly an intake circuit 16, an exhaust circuit 18 and a recirculation circuit 20, called EGR circuit, for the recirculation of at least a portion of the exhaust gas to the intake circuit 16 The intake circuit 16 comprises an intake duct 22 at the upstream end of which is admitted from outside the fresh air, represented in the figures by the arrow G1, the air flow. cooler G1 flowing downstream towards an inlet manifold 24 having branches to bring the gas mixture 15 to the combustion chamber (not shown) of each cylinder 14 of the engine 10. Preferably, the conduit intake 22 comprises, upstream of the distributor 24, a compressor 26 for compressing the flow of fresh air G1 and a charge air cooler 28 arranged in the duct 22 downstream of the compressor 26. The compressor 26 is rotated by a turbine 30 which is arranged in an exhaust duct 32, downstream of the exhaust manifold 34 of the exhaust circuit 18 in which exhaust gases G of the engine 10 flow. As for the intake, the gases Exhaust G that emerge from the cylinders 14 after each combustion cycle of the engine 10 take branches that open into the exhaust manifold 34 before flowing downstream in the exhaust duct 32 towards the turbine 30, downstream 30 of which the exhaust gas is discharged to the outside. The exhaust gas recirculation circuit 20 of the engine 10 comprises a recirculation duct 36 which comprises at least one inlet 38 connected upstream of the turbine 30 to the exhaust circuit 18 and an outlet 40 connected to the duct. 22, upstream of the inlet manifold 24. Preferably, the inlet 38 of the recirculation duct 36 is located at the ready of the exhaust manifold 34. Advantageously, the inlet 38 of the recirculation duct 36 connects directly to the exhaust manifold 34 to reduce the pressure losses in the exhaust gas portion which, represented by the arrow G2, is intended to be recirculated via the duct 36. Advantageously, the outlet 40 of the recirculation duct 36 is connected to a portion 42 of the intake duct 22 which extends, from upstream to downstream, between the cooler 28 and the inlet distributor 24. Preferably, the recirculation duct ion 36 comprises regulating means 44 (see FIG. 2), such as at least one valve controlled by a control device 46 associated so as to selectively regulate the flow rate of the recirculated exhaust gases G2 in the recirculation duct 36 Advantageously, the section 42 of the intake duct 22 comprises, in the vicinity of its junction with the outlet 40 of the recirculation duct 36, a constriction 48, that is to say a reduced passage section with respect to the main section. duct 22, so as to form a "venturi", also called "venturi tube". Advantageously, the motor 10 comprises at least one device 50, referred to as the injection of the recirculated exhaust gases G2 into the intake duct 22, which is arranged inside and at the outlet 40 of the recirculation duct 36 of in such a way that the device is necessarily traversed by the recirculated exhaust gases 30 intended to be injected into the intake duct 22 by being animated by an ordered swirling motion. According to the invention, the injection device 50 comprises aerodynamic conditioning means 52 which are capable of causing in the recirculated exhaust gases G2 passing through it an ordered swirling motion defined as a winding movement of the gases around it. a given X axis of injection. The aerodynamic conditioning is intended to create or cause in the recirculated exhaust gas G2 such an ordered vortex movement so that, during the injection, the homogeneity of the mixture of said recirculated exhaust gases G2 with the gases Fresh G1 flowing from upstream to downstream in the intake duct 22 is improved. Indeed, the ordered vortex movement will promote mixing between the G1 and G2 gases and therefore reduce the heterogeneity of the G3 intake mixture. Thanks to the ordered vortex movement whose recirculated exhaust gases are driven, the mixing between these exhaust gases G2 and the flow of fresh air G1 circulating in the intake duct 22 and consequently the homogeneity of the permissible gas mixture G3 resulting from the mixing between the recirculated exhaust gas G2 and the fresh air G1. The combustion is thus improved, in particular at medium loads, and the emissions of polluting substances such as NOx advantageously reduced. According to a preferred embodiment, the device 50 for injecting the recirculated exhaust gas G2 comprises at least one body 54 centrally defining a cylindrical well 56 constituting the single passage for the recirculated exhaust gas G2, and in that direction a forced passage for gas G2 between the recirculation duct 36 on the one hand and the inlet duct 22 on the other. Preferably, the cylindrical well 56 is of generally circular section and extends vertically along the vertical injection axis X, said well 56 communicating with the inlet duct 12 through an opening 58 forming the outlet 40 of the duct Recirculation 36. Advantageously, the injection axis X recirculated exhaust gas G2 constituting the reference axis of the ordered vortex movement thus extends vertically, that is to say orthogonally to the flow of fresh gas G1 flowing longitudinally from upstream to downstream in the intake duct 22. The injection angle defined by the intersection of the axis X and the longitudinal main axis Y of the intake duct is therefore advantageously 90. As a variant, the value of the injection angle is between 90 and 0, the recirculated exhaust gases G2 then being injected substantially parallel to the flow of the fresh gases G1. Advantageously, the aerodynamic conditioning means 52 consist of at least one bore 60 which, passing through said body 54 of the device 50 to form an inlet opening, is able to establish a unique communication allowing the circulation of the recirculated exhaust gas G2 between the recirculation duct 36 and the injection well 56 which communicates at the outlet with the intake duct 22 through the opening 58. According to a preferred embodiment and as illustrated in FIG. 4, the device of FIG. injection 50 advantageously comprises four bores 60a, 60b, 60c and 60d which are distributed circumferentially in a regular manner in the circular body 54 so as to open into the well 56, tangentially to the internal cylindrical surface 62 delimiting the well which causes an ordered vortex movement in the recirculated exhaust gases G2.
En variante (non représentée), le dispositif d'injection 50 comporte deux perçages 60 qui sont diamétralement opposés par rapport au centre défini par l'axe vertical X formant l'axe de symétrie du corps circulaire 54 et du puits 56. 13 De préférence, les perçages 60a à 60d sont cylindriques, de section circulaire et comportent chacun respectivement un axes a, b, c et d rectiligne formant un axe de symétrie pour chaque perçage. Alternatively (not shown), the injection device 50 has two bores 60 which are diametrically opposed to the center defined by the vertical axis X forming the axis of symmetry of the circular body 54 and the well 56. 13 Preferably , the bores 60a to 60d are cylindrical, of circular section and each respectively comprise a straight axis a, b, c and d forming an axis of symmetry for each hole.
Avantageusement, les axes des perçages 60 sont compris dans un même plan horizontal qui est orthogonal à l'axe vertical X du puits 56. Comme on peut le voir sur la figure 4, les axes a et c des perçages 60a et 60c diamétralement opposés sont encore orthogonaux au plan vertical PLM d'orientation longitudinale passant par l'axe X et les axes b et d des perçages 60b et 60d diamétralement opposés sont orthogonaux au plan vertical PTM d'orientation transversale passant par l'axe X. Chaque perçage 60a, 60b, 60c, 60d débouche donc à l'intérieur du puits 56 tangentiellement à la surface cylindrique interne 62 délimitant le puits 56 de telle sorte que en débouchant de chaque perçage 60a à 60d les gaz d'échappement recirculés G2 vont suivre la portion de la surface cylindrique interne 62 du puits 56 qui est adjacente et vont ainsi s'enrouler à l'intérieur du puits de section circulaire tout en progressant verticalement vers le bas en direction de l'ouverture 58 et du conduit d'admission 22. Les perçages 60 constituent des moyens de conditionne-ment aérodynamique 52 aptes à provoquer un mouvement tourbillonnaire ordonné dans les gaz d'échappement recirculés G2 lorsque les dits gaz d'échappement G2 traversent successivement les perçages 60a à 60d puis descendent verticalement par le puits 56 afin d'être injectés dans le conduit d'admission 22 à l'intérieur duquel les gaz d'échappement recirculés G2 se mélangent alors de manière homogène aux gaz frais G1 . Advantageously, the axes of the bores 60 are included in the same horizontal plane which is orthogonal to the vertical axis X of the well 56. As can be seen in FIG. 4, the axes a and c of the diametrically opposed bores 60a and 60c are still orthogonal to the vertical PLM plane of longitudinal orientation passing through the X axis and the b and d axes of the diametrically opposite bores 60b and 60d are orthogonal to the vertical plane PTM of transverse orientation passing through the axis X. Each bore 60a, 60b, 60c, 60d thus opens inside the well 56 tangential to the internal cylindrical surface 62 delimiting the well 56 so that, by opening from each bore 60a to 60d, the recirculated exhaust gas G2 will follow the portion of the internal cylindrical surface 62 of the well 56 which is adjacent and will thus wrap inside the well of circular section while progressing vertically downwards towards the opening 58 and the pipe The bores 60 constitute aerodynamic conditioning means 52 capable of causing an ordered vortex movement in the recirculated exhaust gases G 2 when the said exhaust gases G 2 successively pass through the bores 60 a to 60 d and then descend. vertically through the well 56 to be injected into the inlet duct 22 within which the recirculated exhaust gas G2 then mix homogeneously with the fresh gas G1.
De préférence, le corps 54 du dispositif d'injection 50 comporte au moins un premier tronçon 64, dit supérieur, comportant les perçages 60a à 60d formant les moyens de 14 conditionnement aérodynamique 52 et un second tronçon 66, dit inférieur. Le premier tronçon 64 comporte une extrémité supérieure reliée à une face interne 68 de la paroi formant le conduit de recirculation 36 et une extrémité inférieure se raccordant avec l'extrémité supérieure du second tronçon 66 par l'intermédiaire d'un tronçon oblique de raccordement 70, l'extrémité inférieure du second tronçon 66 délimitant l'ouverture 58 du puits 56 débouchant verticalement dans le conduit d'admission 22. Preferably, the body 54 of the injection device 50 comprises at least a first section 64, said upper, having the bores 60a to 60d forming the aerodynamic conditioning means 52 and a second section 66, said lower. The first section 64 has an upper end connected to an inner face 68 of the wall forming the recirculation duct 36 and a lower end connecting with the upper end of the second section 66 via an oblique connection section 70. , the lower end of the second section 66 delimiting the opening 58 of the well 56 opening vertically into the intake duct 22.
De préférence, le premier tronçon 64 de section circulaire à travers lequel les gaz d'échappement recirculés G2 pénètrent latéralement par les perçages 60a à 60d pour atteindre le puits vertical 56 présente une première section S1 de passage qui est supérieure à la seconde section S2 de passage du second tronçon circulaire 66 de manière à provoquer dans le puits 56 une accélération du mouvement tourbillonnaire ordonné animant les gaz d'échappement recirculés G2. Avantageusement, le "venturi" formé par le rétrécissement 48 de la section de passage du tronçon 42 du conduit d'admission 22 permet encore d'améliorer le mélange entre les gaz d'échappement recirculés G2 animés du mouvement tourbillonnaire ordonné et l'air frais G1. Avantageusement, l'ouverture inférieure 58 du puits 56 débouche orthogonalement au rétrécissement 48 formant le venturi, en variante juste en amont du rétrécissement 48. De préférence, les moyens de régulation 44 sont agencés dans le conduit de recirculation 36, en amont du dispositif d'injection 50, par exemple à l'entrée 38 du conduit 36 se raccordant avantageusement sur le collecteur d'échappement 34 du circuit 18. Avantageusement et selon un mode de réalisation préféré, les moyens de régulation 44 sont intégrés au dispositif d'injection 50 et sont par exemple constitués par au moins une vanne 72. 15 L'intégration des moyens de régulation 44 permet de réduire le nombre de pièces et par conséquent de réduire le coût de fabrication tout en facilitant le montage d'un seul et unique dispositif assurant une double fonction. Preferably, the first section 64 of circular section through which the recirculated exhaust gas G2 enters laterally through the bores 60a to 60d to reach the vertical well 56 has a first passage section S1 which is greater than the second section S2 of passage of the second circular section 66 so as to cause in the well 56 an acceleration of the ordered vortex movement animating the recirculated exhaust gas G2. Advantageously, the "venturi" formed by the narrowing 48 of the passage section of the section 42 of the intake duct 22 further improves the mixing between the recirculated exhaust gases G2 animated vortex movement ordered and fresh air G1. Advantageously, the lower opening 58 of the well 56 opens orthogonally to the constriction 48 forming the venturi, alternatively just upstream of the constriction 48. Preferably, the regulating means 44 are arranged in the recirculation duct 36, upstream of the device. Injection 50, for example at the inlet 38 of the duct 36, advantageously connecting to the exhaust manifold 34 of the circuit 18. Advantageously and according to a preferred embodiment, the regulating means 44 are integrated with the injection device 50 and are constituted for example by at least one valve 72. The integration of the regulating means 44 makes it possible to reduce the number of parts and consequently to reduce the manufacturing cost while facilitating the assembly of a single device ensuring a dual function.
La vanne 72 de régulation comporte une soupape 74 comportant une tête 76 qui est apte à obturer l'ouverture 58 du puits 56. Avantageusement, la soupape 74 est commandée en déplacement selon l'axe vertical X d'injection par le dispositif de commande 46 entre une position haute de fermeture (figure 2) et une position basse d'ouverture (figure 3) de manière à ouvrir ou fermer sélectivement ladite ouverture 58 du puits 56 afin de contrôler la recirculation des gaz d'échappement G2. De préférence, la soupape 74 est susceptible d'occuper des positions intermédiaires entre les positions extrêmes d'ouverture et de fermeture de manière à faire varier le débit des gaz d'échappement recirculés G2. Avantageusement, le conduit de recirculation 36 des gaz d'échappement recirculés G2 comporte un compresseur 78 qui, représenté sur la figure 1, est disposé en amont du dispositif d'injection 50 de manière à accroître sélectivement, en fonction notamment du régime moteur, la pression des gaz d'échappement recirculés G2. Grâce au compresseur 78, la pression des gaz d'échappe-ment recirculés G2 est, indépendamment de la charge et du régime du moteur 10, toujours suffisante pour permettre au dispositif d'injection 50 de conditionner aérodynamiquement les gaz d'échappement recirculés G2 en ycréant un mouvement tourbillonnaire ordonné favorable à l'obtention d'un mélange homogène des gaz d'échappement recirculés G2 et des gaz frais G1. Bien entendu, le nombre et les caractéristiques géométriques des perçages 60 ne sont nullement limités à 16 l'exemple de réalisation représenté à la figure 4, de nombreuses variantes de réalisation dont les perçages déboucheraient à l'intérieur du puits et tangentiellement à la surface cylindrique interne pouvant être envisagées . The control valve 72 comprises a valve 74 comprising a head 76 which is able to close the opening 58 of the well 56. Advantageously, the valve 74 is controlled in displacement along the vertical axis X of injection by the control device 46. between a high closing position (Figure 2) and a low opening position (Figure 3) so as to selectively open or close said opening 58 of the well 56 to control the recirculation of the exhaust gas G2. Preferably, the valve 74 is capable of occupying intermediate positions between the extreme open and closed positions so as to vary the flow rate of the recirculated exhaust gases G2. Advantageously, the recirculation duct 36 of the recirculated exhaust gas G2 comprises a compressor 78 which, represented in FIG. 1, is disposed upstream of the injection device 50 so as to increase selectively, as a function, in particular, of the engine speed. pressure of recirculated exhaust gas G2. With the compressor 78, the pressure of the exhaust gas recirculated G2 is, independently of the load and the speed of the engine 10, still sufficient to allow the injection device 50 to aerodynamically condition the recirculated exhaust gas G2. creating a neat swirling motion favorable to obtain a homogeneous mixture of recirculated exhaust gas G2 and fresh gas G1. Of course, the number and the geometrical characteristics of the bores 60 are in no way limited to the exemplary embodiment shown in FIG. 4, many embodiments of which the holes would open inside the well and tangentially to the cylindrical surface. which can be envisaged.
Avantageusement, les axes des perçages 60 sont rectilignes mais sont respectivement compris dans un plan oblique qui n'est pas orthogonal à l'axe vertical X du puits 56. Advantageously, the axes of the bores 60 are rectilinear but are respectively included in an oblique plane which is not orthogonal to the vertical axis X of the well 56.
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