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FR2928416A1 - Architecture d'echappement d'un moteur a combustion interne, moteur a combustion interne comportant une telle architecture d'echappement et procedes utilisant ce moteur et cette architecture d'echappement - Google Patents

Architecture d'echappement d'un moteur a combustion interne, moteur a combustion interne comportant une telle architecture d'echappement et procedes utilisant ce moteur et cette architecture d'echappement Download PDF

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FR2928416A1
FR2928416A1 FR0801292A FR0801292A FR2928416A1 FR 2928416 A1 FR2928416 A1 FR 2928416A1 FR 0801292 A FR0801292 A FR 0801292A FR 0801292 A FR0801292 A FR 0801292A FR 2928416 A1 FR2928416 A1 FR 2928416A1
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France
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exhaust
duct
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recirculation
engine
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Alexandre Michel
Christophe Pointard
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Abstract

L'invention concerne une architecture d'échappement (100) d'un moteur à combustion interne, comportant un conduit d'échappement (16) qui traverse un dispositif de traitement (12) des gaz d'échappement et qui comprend, en aval de ce dispositif de traitement, successivement, une entrée d'un conduit de recirculation (41) qui traverse un dispositif de refroidissement (40) et qui débouche dans un conduit d'admission (4) en amont d'un compresseur (2) d'un turbocompresseur (14), une entrée d'un conduit de dérivation (42) qui débouche dans ledit conduit de recirculation, en aval dudit dispositif de refroidissement, ainsi qu'un volet d'échappement (44) adapté à prendre différentes positions pour faire varier la section de passage dudit conduit d'échappement.Elle concerne également un moteur comportant une telle architecture d'échappement.Elle concerne enfin des procédés utilisant cette architecture d'échappement et le moteur associé.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne une architecture d'échappement d'un moteur à combustion interne. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant une telle architecture d'échappement. Elle concerne enfin des procédés utilisant ce moteur et cette architecture d'échappement. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans un moteur à combustion interne suralimenté, l'air frais est introduit dans un conduit d'admission et est comprimé par un compresseur d'un turbocompresseur, avant d'arriver dans un collecteur d'admission relié à une vanne d'admission d'une chambre de combustion d'un cylindre moteur. Après la combustion, les gaz résiduels d'échappement sont expulsés hors de la chambre de combustion à travers une soupape d'échappement dans un collecteur d'échappement et entraînent une turbine entraînante dudit turbocompresseur placée dans un conduit d'échappement. Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement polluants, comprenant notamment des particules et des molécules d'oxydes d'azote en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés.
Afin de limiter ces émissions polluantes, certains moteurs à combustion interne comprennent des dispositifs de traitement des gaz d'échappement, notamment un catalyseur d'oxydation permettant de traiter le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés, un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote ainsi qu'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement di à basse pression . Le dispositif de recirculation des gaz d'échappement à basse pression comporte un conduit de recirculation dit à basse pression qui prélève une partie des gaz d'échappement à la sortie des dispositifs de traitement des hydrocarbures imbrûlés, des molécules de monoxyde de carbone et des particules contenus dans les gaz d'échappement, et les ramène dans le conduit d'admission en amont du compresseur, où ils se mélangent à l'air frais. Le débit de gaz d'échappement circulant dans le conduit de recirculation est contrôlé par une vanne placée dans ce conduit de recirculation. Les gaz d'échappement étant plus pauvres en dioxygène que l'air frais du conduit d'admission, le mélange de l'air frais avec les gaz d'échappement fait chuter le taux de dioxygène du gaz finalement introduit dans la chambre de 2 combustion, ce qui a pour effet de diminuer la quantité d'oxydes d'azote formée lors de la combustion. De plus, les gaz d'échappement étant prélevés en aval des dispositifs de traitement des gaz d'échappement, ceux-ci contiennent moins de particules de suies, ce qui limite l'encrassement du conduit de recirculation et de la vanne placée dans celui-ci. Avant de les mélanger à l'air frais du conduit d'admission en amont du compresseur, il est habituellement prévu, afin de préserver un fonctionnement optimal de ce compresseur, de refroidir les gaz d'échappement par passage dans un refroidisseur classique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement à basse pression placé dans le conduit de recirculation. L'utilisation d'un refroidisseur classique présente cependant l'inconvénient de dissiper l'énergie thermique des gaz d'échappement, sans autoriser la récupération de cette énergie. De plus, le refroidissement des gaz d'échappement recirculés est contraignant dans certaines plages de fonctionnement du moteur, où il est favorable d'injecter des gaz d'échappement chauds. Pour permettre l'injection de gaz d'échappement chauds dans le conduit d'admission, certains moteurs comportent, en plus du dispositif de recirculation à basse pression, un dispositif de recirculation à haute pression, comportant un conduit de recirculation dit à haute pression qui prélève des gaz d'échappement en amont de la turbine entraînante du turbocompresseur et les injecte en aval du compresseur et du refroidisseur d'air suralimenté, sans passage à travers un dispositif de refroidissement. Cependant, l'installation d'un dispositif de recirculation à haute pression additionnel est coûteuse.
OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle architecture d'échappement polyvalente d'un moteur à combustion interne, cette architecture d'échappement permettant d'assurer une recirculation à basse pression de gaz d'échappement chauds ou froids selon le fonctionnement du moteur, et de récupérer un maximum d'énergie thermique de ces gaz d'échappement. A cet effet, on propose selon l'invention une architecture d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant un conduit d'échappement qui traverse un dispositif de traitement des gaz d'échappement et qui comprend, en aval de ce dispositif de traitement , successivement, une entrée d'un conduit de recirculation qui traverse un dispositif de refroidissement et qui débouche dans un conduit d'admission en amont d'un compresseur d'un turbocompresseur, une entrée d'un conduit de dérivation qui débouche dans ledit conduit de recirculation, en aval dudit dispositif de refroidissement, ainsi qu'un volet d'échappement adapté à prendre différentes positions pour faire varier la section de passage dudit conduit d'échappement.
La présence du volet d'échappement situé dans le conduit d'échappement en aval de l'entrée du conduit de dérivation permet de faire circuler tout ou partie des gaz d'échappement dans le conduit de dérivation de manière à ce qu'ils évitent de passer dans le refroidisseur. Ceci permet d'injecter des gaz d'échappement chauds dans le conduit d'admission.
L'injection de gaz d'échappement chauds dans le conduit d'admission permet une élévation de la température des gaz d'échappement, ce qui est notamment utile afin de limiter les émissions de molécules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone du moteur avant l'amorçage d'un catalyseur d'oxydation faisant partie des dispositifs de traitement des gaz d'échappement placés sur la ligne d'échappement du moteur. En effet, au démarrage du moteur, le catalyseur d'oxydation est froid et donc inefficace : l'amorçage du catalyseur d'oxydation consiste à élever sa température jusqu'à ce qu'elle atteigne une température minimale à laquelle il traite efficacement les gaz d'échappement. En injectant des gaz d'échappement chauds dans le conduit d'admission, on élève la température de combustion dans la chambre de combustion du moteur et on réduit la quantité de dioxygène disponible pour la combustion. Les émissions de molécules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone au démarrage sont alors réduites. Selon une première caractéristique avantageuse, ledit dispositif de refroidissement est un système de récupération de la chaleur des gaz d'échappement. Ce système de récupération de la chaleur des gaz d'échappement (Exhaust Heat Recovery System) est appelé dispositif de refroidissement EHRS. Il comporte un échangeur de chaleur avec une circulation d'un fluide (par exemple, l'eau ou l'huile du moteur, l'air de la climatisation, ou un fluide quelconque circulant dans un circuit indépendant) qui assure l'échange d'énergie thermique entre les gaz d'échappement chauds qui le traversent et ce fluide. Le fluide est donc chauffé et les gaz d'échappement sont refroidis. L'énergie thermique des gaz d'échappement est donc avantageusement 35 récupérée par le moteur, par exemple par le chauffage de l'eau ou de l'huile de ce moteur, et non dissipée dans l'atmosphère comme ce serait le cas avec un 4 refroidisseur classique. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'architecture d'échappement selon l'invention, elle comporte : - une vanne trois voies dite vanne EHRS située dans le conduit d'échappement à l'entrée dudit conduit de recirculation, - une vanne trois voies dite vanne EGR située au débouché du conduit de dérivation dans le conduit de recirculation. Ces deux vannes trois voies participent au contrôle des quantités de gaz traversant le conduit de recirculation et de dérivation, ainsi que la quantité de gaz d'échappement injectée dans le conduit d'admission. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'architecture d'échappement selon l'invention, elle comporte une unité de commande électronique (30) commandant l'actionnement de la vanne EHRS, de la vanne EGR ainsi que la position du volet d'échappement.
On propose également selon l'invention un moteur à combustion interne comportant une architecture d'échappement telle que décrite précédemment et un conduit d'admission qui traverse un refroidisseur d'air situé en aval du compresseur du turbocompresseur, ainsi qu'un autre conduit de dérivation piqué de part et d'autre de ce refroidisseur d'air, et une vanne dite vanne RAS placée à l'entrée dudit autre conduit de dérivation en amont du refroidisseur d'air dont l'actionnement est commandé par ladite unité de commande électronique. II est connu de placer un refroidisseur de gaz sur le trajet du conduit d'admission en aval du compresseur du turbocompresseur, afin de refroidir le gaz circulant dans le conduit d'admission réchauffé par la compression dans ledit compresseur. L'architecture d'échappement telle que décrite précédemment permettant d'injecter des gaz d'échappement chauds dans le conduit d'admission, il est avantageusement prévu un autre conduit de dérivation par lequel les gaz d'échappement mélangés à l'air du conduit d'admission peuvent passer sans être refroidis.
On propose également selon l'invention un procédé pour diminuer les émissions polluantes au démarrage du moteur utilisant le moteur tel que décrit précédemment, selon laquelle : - on actionne la vanne EHRS dans une position de fermeture totale de l'entrée du conduit de recirculation, - on positionne le volet d'échappement dans une position de fermeture partielle du conduit d'échappement de manière à ce qu'une partie des gaz d'échappement circule dans le conduit de dérivation, - on actionne la vanne EGR dans une position de fermeture totale du conduit de recirculation, de manière que ladite partie des gaz d'échappement qui circule dans le conduit de dérivation arrive dans le conduit d'admission. 5 La mise en oeuvre du moteur selon ce procédé autorise l'injection de gaz d'échappement chauds dans le conduit d'admission, ce qui permet avantageusement de diminuer les émissions de molécules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone au démarrage. Avantageusement alors, lors de la mise en oeuvre du procédé énoncé précédemment, on actionne la vanne RAS en position de fermeture totale du conduit d'admission de manière à faire circuler les gaz circulant dans le conduit d'admission dans l'autre conduit de dérivation. Ainsi les gaz d'échappement injectés chauds dans le conduit d'admission passent dans l'autre conduit de dérivation et ne sont pas refroidis dans le refroidisseur placé dans le conduit d'admission en aval du compresseur. On propose également selon l'invention un procédé pour chauffer un fluide du moteur utilisant l'architecture d'échappement tel que décrite précédemment, selon laquelle : - on actionne la vanne EHRS en position de fermeture totale du conduit d'échappement de manière à ce que l'intégralité des gaz d'échappement circule dans le conduit de recirculation, - on actionne la vanne EGR en position d'ouverture partielle du conduit de recirculation et du conduit de dérivation, de manière qu'une partie de ces gaz d'échappement circule dans le conduit de recirculation vers le conduit d'admission et que l'autre partie circule dans le conduit de dérivation vers le conduit d'échappement, - on positionne le volet d'échappement en position d'ouverture totale de manière à ce que cette autre partie des gaz d'échappement circule dans le conduit d'échappement vers l'extérieur du moteur.
Ainsi, tous les gaz d'échappement sont déviés vers le conduit de recirculation et traversent le dispositif de refroidissement EHRS. Un maximum d'énergie thermique est ainsi récupérée pour le chauffage d'un fluide du moteur, par exemple l'eau ou l'huile du moteur. On propose également selon l'invention un procédé pour la recirculation des gaz d'échappement utilisant l'architecture d'échappement telle que décrite précédemment, selon laquelle: - on actionne la vanne EHRS en position d'ouverture partielle de manière qu'une partie des gaz d'échappement circule dans le conduit de recirculation, - on positionne le volet d'échappement en positon d'ouverture totale de manière à ce que l'autre partie des gaz d'échappement circule dans le conduit d'échappement vers l'extérieur du moteur, - on actionne la vanne EGR en position de fermeture totale du conduit de dérivation de manière à ce que la partie des gaz d'échappement circulant dans le conduit de recirculation circule jusqu'au conduit d'admission. On peut ainsi faire recirculer la quantité souhaitée de gaz d'échappement pour diminuer la quantité d'oxydes d'azote produits lors de la combustion et récupérer une partie de l'énergie thermique de ces gaz d'échappement recirculés. On propose enfin selon l'invention un procédé utilisant le moteur tel que décrit précédemment, dans lequel on met en oeuvre successivement ledit procédé pour diminuer les émissions polluantes au démarrage du moteur, puis ledit procédé pour chauffer un fluide du moteur et enfin ledit procédé pour la recirculation des gaz d'échappement. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure unique est une vue schématique des différents organes d'un moteur à combustion interne selon l'invention. Sur la figure unique, on a représenté un moteur à combustion interne suralimenté comportant une chambre de combustion 23 alimentée en air frais par une ligne d'admission 300 et débouchant en aval sur une ligne d'échappement 400. La ligne d'admission 300 comporte un conduit d'admission 4 dans lequel circule de l'air frais. Le débit d'air frais est mesuré en entrée du conduit d'admission 4 par un débitmètre d'air 1.
Le moteur comprend un turbocompresseur 14 comportant un compresseur 2 et une turbine entraînante 9. La turbine entraînante 9 est placée dans un conduit d'échappement 16 et entraîne la turbine entraînée 2 placée dans le conduit d'admission 4 afin de comprimer l'air frais y circulant. Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur 6 d'admission. II comporte un volet d'admission 5 situé en amont de ce collecteur 6 dans le sens de circulation des gaz circulant dans le conduit d'admission 4, dont l'orientation par rapport à l'axe du conduit d'admission 4 contrôle le débit de gaz circulant dans le conduit d'admission 4 entrant dans le collecteur 6. Le collecteur 6 est relié à une soupape d'admission 21 d'un cylindre 20 du moteur. Le gaz circulant dans le conduit d'admission 4 entre via cette soupape d'admission 21 dans une chambre de combustion 23 du cylindre 20 et il est prévu un injecteur 8 qui injecte le carburant dans cette chambre de combustion 23. Après la combustion, les gaz résiduels d'échappement sont expulsés hors de la chambre de combustion 23 à travers une soupape d'échappement 22 dans le conduit d'échappement 16.
Les gaz d'échappement circulent dans le conduit d'échappement 16 pour arriver à la turbine entraînante 9 du turbocompresseur 14. Ils traversent ensuite des dispositifs de traitement 11, 12 comportant un piège à oxydes d'azote 11 placé en amont d'un filtre à particules 12 de la ligne d'échappement 400 dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 16.
Alternativement, les dispositifs de traitement sont placés dans n'importe quel ordre sur la ligne d'échappement. Ces dispositifs de traitement comportent également un catalyseur d'oxydation. Alternativement, ces dispositifs de traitement comportent un catalyseur à réduction catalytique sélective en remplacement du piège à oxydes d'azote. Le moteur comporte également une architecture d'échappement 100 autorisant l'injection de gaz d'échappement chauds ou froids dans le conduit d'admission 4 et la récupération d'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement circulant dans cette architecture d'échappement 100.
L'architecture d'échappement 100 comporte d'une part, un conduit de recirculation 41 dit basse pression , qui présente une entrée piquée sur le conduit d'échappement, en aval des dispositifs de traitement des molécules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone des gaz d'échappement et qui débouche dans le conduit d'admission 4, en amont du compresseur 2 du turbocompresseur 14. Un dispositif de refroidissement 40 des gaz d'échappement recirculés est placé dans ledit conduit de recirculation 41 afin de refroidir les gaz d'échappement avant leur injection dans le conduit d'admission 4. Une partie des gaz d'échappement traités par les dispositifs de traitement 11, 12 peut donc être prélevée par ce conduit de recirculation 41 qui les achemine, après refroidissement, dans le conduit d'admission 4 en amont du compresseur 2, où ils se mélangent à l'air frais. La fraction de gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement 16 qui est prélevée par le conduit de recirculation 41 est contrôlée par une vanne 45 trois voies appelée vanne 45 EHRS (Exhaust Heat Recovery System). Une fois mélangés à l'air frais circulant dans le conduit d'admission 4, les gaz d'échappement recirculés froids traversent le compresseur 2 du turbocompresseur 14. Cette compression ayant pour effet de réchauffer l'air, il est prévu sur la ligne d'admission 300, un refroidisseur d'air 3 qui refroidit l'air en sortie du compresseur 2. L'architecture d'échappement 100 comporte également un conduit de dérivation 42 contournant le dispositif de refroidissement 40 placé sur le conduit de recirculation 41. Ce conduit de dérivation 42 présente une entrée piquée sur le 1.5 conduit d'échappement 16, en aval de l'entrée du conduit de recirculation 41 dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 16, et débouche dans le conduit de recirculation 41, en aval du dispositif de refroidissement 40, c'est-à-dire entre ledit dispositif de refroidissement 40 et le débouché du conduit de recirculation 41 dans la conduite d'admission 4. 20 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un volet d'échappement 44 est placé dans le conduit d'échappement 16 en aval de l'entrée du conduit de dérivation 42 dans le sens de circulation des gaz d'échappement. Ce volet d'échappement 44 est adapté à prendre différentes positions pour faire varier la section de passage des gaz d'échappement dudit conduit 25 d'échappement 16. En particulier, la fermeture de ce volet d'échappement 44 pour bloquer la circulation des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 16 permet de créer une contre-pression autorisant le prélèvement et l'acheminement des gaz d'échappement dans ledit conduit de dérivation 42. 30 La fraction de gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement 16 qui est prélevée par le conduit de dérivation 42 est donc contrôlée par ce volet d'échappement 44 et par la vanne 45 EHRS. Les gaz d'échappement circulant dans le conduit de dérivation 42 débouchent dans le conduit de recirculation 41 sans traverser le dispositif de 35 refroidissement 40 et sont injectés chauds dans le conduit d'admission 4. Une fois mélangés à l'air frais circulant dans le conduit d'admission 4, les 9 gaz d'échappement recirculés chauds traversent le compresseur 2 du turbocompresseur 14. Il est avantageusement prévu un autre conduit de dérivation 50 piqué de part et d'autre du refroidisseur d'air 3 et une vanne 51 appelée vanne 51 RAS placée dans le conduit d'admission 4 en entrée de cet autre conduit de dérivation 50. La fermeture du conduit d'admission 4 par la vanne 51 RAS permet de forcer le passage des gaz circulant dans le conduit d'admission 4 à travers cet autre conduit de dérivation 50, pour éviter qu'ils ne soient refroidis en traversant le refroidisseur d'air 3. Ceci autorise l'alimentation du collecteur 6 en gaz d'échappement recirculés chauds mélangés à l'air frais. De manière alternative, on peut envisager qu'aucun refroidisseur d'air ne soit placé sur la ligne d'admission. Il n'est alors pas prévu d'autre conduit de dérivation ni de vanne RAS. Une vanne 43 trois voies appelée vanne 43 EGR (Exhaust Gaz Recirculation) est placée dans le conduit de recirculation 41 au débouché du conduit de dérivation 42. Cette vanne 43 EGR participe avec la vanne 45 EHRS et le volet d'échappement 44 au contrôle de la fraction de gaz d'échappement circulant dans le conduit de recirculation 41 ou dans le conduit de dérivation 42 qui est injectée dans le conduit d'admission 4. La vanne 43 EGR contrôle également les éventuels retours de gaz d'échappement vers le conduit d'échappement 16 à travers le conduit de recirculation 41 ou le conduit de dérivation 42.
Les gaz d'échappement qui ne sont pas prélevés par les conduits de recirculation 41 ou de dérivation 42 circulent dans le conduit d'échappement 16 et sont acheminés vers l'extérieur du moteur. Le moteur comporte avantageusement une unité de commande électronique 30 qui commande l'actionnement de la vanne 51 RAS, de la vanne 45 EHRS, du volet d'échappement 44 et de la vanne 43 EGR pour réguler le débit de gaz dans les conduits de recirculation 41, de dérivation 42, ainsi que la quantité et la température des gaz d'échappement recirculés, donc la quantité et la température de l'air introduit dans la chambre de combustion 23. L'unité de commande électronique 30 commande également ici l'actionnement du volet d'admission 5 et la quantité de carburant injectée par l'injecteur 8 dans la chambre de combustion 23 ainsi que le moment où est réalisée cette injection. L'unité de commande électronique 30 reçoit également ici d'autres informations transmises par différents capteurs du moteur, dont par exemple le débitmètre 1 qui mesure le débit d'air frais à l'entrée du conduit d'admission 4.
D'autres capteurs (non représentés) fournissent à l'unité de commande électronique 30 des informations sur le fonctionnement du moteur, par exemple la température de l'eau du moteur ou du gaz dans le collecteur 6. Avantageusement, le dispositif de refroidissement 40 est un système de récupération de la chaleur des gaz d'échappement (Exhaust Heat Recovery System), appelé dispositif de refroidissement 40 EHRS comportant un échangeur de chaleur. Cet échangeur autorise par exemple le chauffage d'une circulation d'huile du moteur par les gaz d'échappement traversant le dispositif de refroidissement 40 EHRS. Les gaz d'échappement sont eux refroidis. Ainsi l'énergie stockée sous forme de chaleur par les gaz d'échappement n'est pas perdue lors de leur refroidissement, mais récupérée par le chauffage de l'huile du moteur. L'huile chauffée par les gaz d'échappement atteint ainsi plus vite sa température d'efficacité optimale, notamment lors du démarrage du moteur à combustion interne.
Alternativement, on peut envisager que l'échangeur autorise le chauffage d'autres fluides du moteur, par exemple le chauffage d'une circulation d'eau du moteur, utilisée par exemple pour le chauffage de l'habitacle. Conformément à l'invention, l'unité de commande 30 permet d'utiliser le moteur et l'architecture d'échappement 100 selon trois procédés mis en oeuvre pendant trois plages de fonctionnement successives du moteur. Selon un procédé utilisant le moteur pour diminuer les émissions polluantes de molécules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone au démarrage de celui-ci, l'unité centrale de commande 30 actionne la vanne 45 EHRS dans une position de fermeture totale de l'entrée du conduit de recirculation 41 de façon à interdire le passage des gaz d'échappement dans le conduit de recirculation 41. Elle actionne le volet d'échappement 44 dans une position de fermeture partielle de façon à ce qu'une partie des gaz d'échappement passe dans le conduit de dérivation 42, tandis que l'autre partie des gaz d'échappement est acheminée vers l'extérieur du moteur par le conduit d'échappement 16. Les gaz d'échappement débouchent dans le conduit de recirculation 41 11 au niveau de la vanne 43 EGR qui est actionnée par l'unité centrale de commande 30 dans une position de fermeture totale du conduit de recirculation 41 de façon à bloquer un retour éventuel des gaz d'échappement vers le conduit d'échappement 16 à travers ce conduit de recirculation 41.
Les gaz d'échappement chauds sont donc acheminés dans la partie du conduit de recirculation 41 ne comportant pas de refroidisseur jusqu'au conduit d'admission 4, où ils se mélangent à l'air frais. La vanne 51 RAS est alors pilotée de façon à forcer le passage des gaz circulant dans le conduit d'admission 4 vers l'autre conduit de dérivation 50 en bloquant l'accès au refroidisseur d'air 3. Les gaz ne sont donc pas refroidis par le refroidisseur d'air 3 et arrivent chauds dans le collecteur 6. Ce procédé permet donc une recirculation de gaz d'échappement chauds, rendue possible par la présence du volet d'échappement 44. La quantité de gaz d'échappement chauds injectée dans le conduit d'admission 4 est ici déterminée par la position du volet d'échappement 44. Alternativement, la vanne 43 EGR peut également être actionnée en complément du volet d'échappement 44 de manière à déterminer la quantité de gaz d'échappement injectée dans le conduit d'admission 4. Ce procédé pour diminuer les émissions polluantes au démarrage du moteur est mis en oeuvre pendant une première plage de fonctionnement du moteur qui dure par exemple 100 à 300 secondes après le démarrage du moteur. La durée de cette première plage de fonctionnement peut alternativement être choisie en fonction du moteur à combustion interne utilisé et de son fonctionnement, notamment en fonction de son cycle thermique.
En effet, dans cette première plage de fonctionnement, le catalyseur d'oxydation du dispositif de traitement des gaz d'échappement n'est pas amorcé car il n'a pas atteint sa température de fonctionnement. Le traitement du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés polluants des gaz d'échappement n'est donc pas assuré. L'apport de gaz d'échappement chauds à l'admission augmente la température de l'air introduit dans la chambre de combustion 23, donc la température de combustion, ce qui limite la production d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone dans les gaz d'échappement pendant la durée d'inefficacité du catalyseur d'oxydation. Les performances de dépollution du moteur au démarrage sont donc améliorées.
Selon un procédé pour chauffer un fluide du moteur utilisant l'architecture d'échappement 100, l'unité centrale de commande 30 actionne la vanne 45 EHRS dans une position de fermeture totale du conduit d'échappement 16 de façon à forcer le passage de l'intégralité des gaz d'échappement dans le conduit de recirculation 41. L'intégralité des gaz d'échappement traverse donc le dispositif de refroidissement 40 EHRS. La vanne 43 EGR est actionnée par l'unité centrale de commande 30 dans une position d'ouverture partielle du conduit de recirculation 41 et du conduit de dérivation 42, de façon à autoriser le passage d'une partie de ces gaz d'échappement refroidis vers le conduit d'admission 4, tandis que l'autre partie est renvoyée vers le conduit d'échappement 16 à travers le conduit de dérivation 42. Le volet d'échappement 44 est dans une position d'ouverture totale de sorte que cette autre partie des gaz d'échappement est acheminée vers l'extérieur du moteur par le conduit d'échappement 16. La quantité de gaz d'échappement injectée dans le conduit d'admission 4 l5 est ici déterminée par la position de la vanne 43 EGR. Selon ce procédé pour chauffer un fluide du moteur, l'intégralité des gaz d'échappement passe par le dispositif de refroidissement 40 EHRS, ce qui permet d'une part, de récupérer un maximum d'énergie thermique pour chauffer l'huile ou l'eau du moteur, et d'autre part, d'injecter des gaz d'échappement froids dans le 20 conduit d'admission 4. Ce procédé pour chauffer un fluide du moteur est mis en oeuvre pendant une deuxième plage de fonctionnement du moteur commençant après la fin de la première plage de fonctionnement du moteur. Il est par exemple mis en oeuvre pendant 300 à 500 secondes aussitôt 25 après la fin de la première plage de fonctionnement. La durée de cette deuxième plage de fonctionnement peut alternativement être choisie en fonction du moteur à combustion interne utilisé et de son fonctionnement, notamment en fonction du cycle thermique de ce moteur. Pendant cette deuxième plage de fonctionnement, le moteur n'a pas 30 atteint sa température de fonctionnement optimale. Ce procédé est mis en oeuvre à des températures de l'eau du moteur, mesurées en sortie de la culasse, inférieure à 65°C environ. La récupération de la chaleur des gaz d'échappement pendant cette deuxième plage de fonctionnement permet avantageusement de chauffer le .35 moteur (par exemple, l'eau ou l'huile du moteur). Elle permet de plus un gain sur la consommation de carburant puisqu'une partie de l'énergie nécessaire au chauffage du moteur est récupérée dans les gaz d'échappement. Enfin, le refroidissement des gaz d'échappement avant leur injection dans le conduit d'admission 4 permet d'augmenter leur densité. Ainsi, pour un même débit de gaz d'échappement, la quantité de gaz d'échappement injectée dans le conduit d'admission 4 est augmentée, et la quantité de dioxygène introduite dans la chambre de combustion 23 est d'autant plus faible, ce qui limite la production de molécules d'oxydes d'azote et de particules dans les gaz d'échappement. Les performances de dépollution du moteur sont donc augmentées. Selon un procédé pour la recirculation des gaz d'échappement utilisant l'architecture d'échappement 100, l'unité centrale de commande 30 actionne la vanne 45 EHRS en position d'ouverture partielle du conduit de recirculation 41 de sorte qu'une partie des gaz d'échappement est acheminée dans le conduit de recirculation 41 tandis que l'autre partie des gaz d'échappement est acheminée vers l'extérieur du moteur par le conduit d'échappement 16. Le volet d'échappement 44 est ici positionné en position d'ouverture totale pour permettre un libre passage des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 16. La vanne 43 EGR est actionnée par l'unité centrale de commande 30 en position de fermeture totale du conduit de dérivation 42 de façon à bloquer un retour éventuel des gaz d'échappement vers le conduit d'échappement 16 à travers le conduit de dérivation 42. La quantité de gaz d'échappement injectée dans le conduit d'admission 4 est ici contrôlée par la vanne 45 EHRS. Seule une fraction des gaz d'échappement est ici prélevée dans le conduit d'échappement 16. Ce procédé pour la recirculation des gaz d'échappement est mis en oeuvre pendant une troisième plage de fonctionnement du moteur débutant après la fin de la deuxième plage de fonctionnement, par exemple 600 secondes après le démarrage du moteur.
La température de l'eau dans le moteur correspondante est alors inférieure à 75°C et par exemple environ égale à 70°C, et le moteur a atteint sa température de fonctionnement optimale. Cette troisième plage de fonctionnement peut alternativement être définie en fonction du moteur à combustion interne utilisé et de son fonctionnement, notamment en fonction de son cycle thermique. Ce procédé pour la recirculation des gaz d'échappement permet de faire 14 recirculer la quantité souhaitée de gaz d'échappement en recyclant une partie de leur énergie. Le mélange des gaz d'échappement à l'air frais introduit dans la chambre de combustion 23 abaisse la quantité de dioxygène introduite dans cette chambre 23 et par conséquent la quantité d'oxydes d'azote et de particules polluantes produites dans les gaz d'échappement. De plus, le refroidissement des gaz d'échappement recirculés par le dispositif de refroidissement 40 EHRS permet de récupérer l'énergie thermique de la fraction des gaz d'échappement qui est recirculée, ce qui réduit la consommation en carburant du véhicule. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En particulier, le procédé utilisant le moteur pour diminuer les émissions polluantes au démarrage de celui-ci peut être mis en oeuvre dans d'autres plages de fonctionnement du moteur, dans lesquelles une augmentation de la température du moteur est avantageuse : par exemple, lors d'une phase de régénération du filtre à particules ou lors d'une utilisation prolongée du moteur à faible charge, auquel cas le catalyseur d'oxydation est susceptible de se désamorcer si la température du moteur chute. Les première, deuxième et troisième plages de fonctionnement du moteur décrites précédemment sont successives, mais leur début et leur durée peuvent être ajustés en fonction du fonctionnement du moteur considéré.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Architecture d'échappement (100) d'un moteur à combustion interne, comportant un conduit d'échappement (16) qui traverse un dispositif de traitement (12) des gaz d'échappement et qui comprend, en aval de ce dispositif de traitement (12), successivement, une entrée d'un conduit de recirculation (41) qui traverse un dispositif de refroidissement (40) et qui débouche dans un conduit d'admission (4) en amont d'un compresseur (2) d'un turbocompresseur (14), une entrée d'un conduit de dérivation (42) qui débouche dans ledit conduit de recirculation (41), en aval dudit dispositif de refroidissement (40), ainsi qu'un volet d'échappement (44) adapté à prendre différentes positions pour faire varier la section de passage dudit conduit d'échappement (16).
2. Architecture d'échappement (100) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit dispositif de refroidissement (40) est un système de récupération de la chaleur des gaz d'échappement.
3 Architecture d'échappement (100) selon l'une des revendications précédentes, qui comporte une vanne (45) trois voies dite vanne EHRS située dans le conduit d'échappement (16) à l'entrée dudit conduit de recirculation (41).
4. Architecture d'échappement (100) selon l'une des revendications précédentes, qui comporte une vanne (43) trois voies dite vanne EGR située au débouché du conduit de dérivation (42) dans le conduit de recirculation (41).
5. Architecture d'échappement (100) selon les revendications 3 et 4, qui comporte une unité de commande électronique (30) commandant l'actionnement de la vanne (45) EHRS, de la vanne (43) EGR ainsi que la position du volet d'échappement (44).
6. Moteur à combustion interne comportant une architecture d'échappement (100) selon la revendication 5 et un conduit d'admission (4) qui traverse un refroidisseur d'air (3) situé en aval du compresseur (2) du turbocompresseur (14), ainsi qu'un autre conduit de dérivation (50) piqué de part et d'autre de ce refroidisseur d'air (3), et une vanne (51) trois voies dite vanne RAS placée à l'entrée dudit autre conduit de dérivation (50) en amont du refroidisseur d'air (3) dont l'actionnement est commandé par ladite unité de commande électronique (30).
7. Procédé pour diminuer les émissions polluantes au démarrage du moteur selon la revendication 6, selon lequel : - on actionne la vanne (45) EHRS dans une position de fermeture totalede l'entrée du conduit de recirculation (41), - on positionne le volet d'échappement (44) dans une position de fermeture partielle du conduit d'échappement (16) de manière à ce qu'une partie des gaz d'échappement circule dans le conduit de dérivation (42), - on actionne la vanne (43) EGR dans une position de fermeture totale du conduit de recirculation (41), de manière que ladite partie des gaz d'échappement qui circule dans le conduit de dérivation (42) arrive jusqu'au conduit d'admission (4).
8. Procédé selon la revendication précédente, dans laquelle on actionne la vanne (51) RAS en position de fermeture totale du conduit d'admission (4) de manière à ce que les gaz circulant dans le conduit d'admission (4) circulent dans l'autre conduit de dérivation (50).
9. Procédé pour chauffer un fluide du moteur utilisant l'architecture d'échappement (100) selon l'une des revendications 4 et 5, selon laquelle : 15 - on actionne la vanne (45) EHRS en position de fermeture totale du conduit d'échappement (16) de manière à ce que l'intégralité des gaz d'échappement circule dans le conduit de recirculation (41), - on actionne la vanne (43) EGR en position d'ouverture partielle du conduit de recirculation (41) et du conduit de dérivation (42), de manière qu'une 20 partie de ces gaz d'échappement circule dans le conduit de recirculation (41) vers le conduit d'admission (4) et que l'autre partie circule dans le conduit de dérivation (42) vers le conduit d'échappement (16), - on positionne le volet d'échappement (44) en position d'ouverture totale de manière à ce que cette autre partie des gaz d'échappement circule dans le 25 conduit d'échappement (16) vers l'extérieur du moteur.
10. Procédé pour la recirculation des gaz d'échappement utilisant l'architecture d'échappement (100) selon l'une des revendications 4 et 5, selon lequel : - on actionne la vanne (45) EHRS en position d'ouverture partielle du 30 conduit de recirculation (41) de manière à ce qu'une partie des gaz d'échappement circule dans le conduit de recirculation (41), - on positionne le volet d'échappement (44) en positon d'ouverture totale de manière à ce que l'autre partie des gaz d'échappement circule dans le conduit d'échappement (16) vers l'extérieur du moteur, 35 - on actionne la vanne (43) EGR en position de fermeture totale du conduit de dérivation (42) de manière à ce que la partie des gaz d'échappementcirculant dans le conduit de recirculation (41) circule jusqu'au conduit d'admission (4).
11. Procédé utilisant le moteur selon la revendication 6, dans lequel on met en oeuvre successivement le procédé pour diminuer les émissions polluantes au démarrage du moteur selon la revendication 7, puis le procédé pour chauffer un fluide du moteur selon la revendication 9 et enfin le procédé pour la recirculation des gaz d'échappement selon la revendication 10.
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