FR3060665A1 - Ensemble de circulation de gaz d'echappement d'un moteur thermique - Google Patents
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Abstract
Un ensemble de circulation de gaz d'échappement d'un moteur thermique (1) comprend un circuit de recirculation (12) des gaz d'échappement configuré pour permettre le prélèvement d'au moins une partie des gaz d'échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans la conduite d'admission (4) du moteur thermique. Le circuit de recirculation (12) débouche sur la conduite d'admission dans une portion d'étranglement (100) de celle-ci et une première partie amont (101) de cette portion d'étranglement présente au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation (12) une section de passage minimale (A2) qui est inférieure à la section de passage minimale (A3) d'une deuxième partie aval (102) de cette portion d'étranglement au voisinage de ladite jonction.
Description
© N° de publication : 3 060 665 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 63019 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © IntCI8 : F 02 M 26/19 (2017.01), F 02 M 26/10
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 21.12.16. | © Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE |
| (© Priorité : | MOTEUR Société par actions simplifiée — FR. |
| @ Inventeur(s) : COPPIN THOMAS. | |
| ©) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 22.06.18 Bulletin 18/25. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE |
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| ©) Demande(s) d’extension : | © Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE |
| MOTEUR Société par actions simplifiée. |
ENSEMBLE DE CIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE.
FR 3 060 665 - A1 (5/) Un ensemble de circulation de gaz d'échappement d'un moteur thermique (1 ) comprend un circuit de recirculation (12) des gaz d'échappement configuré pour permettre le prélèvement d'au moins une partie des gaz d'échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans la conduite d'admission (4) du moteur thermique.
Le circuit de recirculation (12) débouche sur la conduite d'admission dans une portion d'étranglement (100) de celleci et une première partie amont (101) de cette portion d'étranglement présente au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation (12) une section de passage minimale (A2) qui est inférieure à la section de passage minimale (A3) d'une deuxième partie aval (102) de cette portion d'étranglement au voisinage de ladite jonction.
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ENSEMBLE DE CIRCULATION DE GAZ D’ECHAPPEMENT D’UN MOTEUR
THERMIQUE
L’invention a trait au domaine des moteurs thermiques de véhicule automobile, et elle concerne plus particulièrement les moteurs équipés d’un circuit de recirculation des gaz d’échappement.
Un moteur thermique peut consister en un moteur atmosphérique dans lequel le mélange gazeux amené dans les cylindres du moteur est à la pression atmosphérique, ou en un moteur turbocompressé, dans lequel le mélange gazeux est comprimé pour augmenter la quantité de gaz admis dans les cylindres. Dans chacun de ces cas, le moteur est alimenté par un circuit d’admission d’air et rejette les gaz issus de la combustion dans un circuit d’échappement en sortie du moteur.
Les moteurs turbocompressés comportent un compresseur et une turbine, reliés par un arbre commun. La turbine, disposée en travers du circuit d’échappement de gaz d'échappement, est mise en rotation sous l’effet des gaz d’échappement la traversant, et ce mouvement est transmis au compresseur qui permet l’alimentation du moteur en gaz frais à une pression supérieure à la pression atmosphérique à laquelle est prélevé l’air dans un circuit d’admission.
Dans le cas d'un moteur thermique, des oxydes d'azote et des particules peuvent être rejetés dans les gaz d'échappement. Afin de réduire ces émissions, on sait mettre en place un circuit de recirculation des gaz d’échappement, connu également sous l’acronyme anglais EGR pour « Exhaust Gas Recirculation ». Le circuit EGR est piqué sur le circuit d’échappement pour diriger les gaz d'échappement vers l’admission du bloc moteur. Une vanne EGR est prévue pour moduler la quantité de gaz d'échappement recyclés dans le répartiteur d'admission.
Une telle recirculation des gaz d’échappement a pour effet d’une part de baisser la teneur en oxygène dans les gaz admis dans le moteur thermique et d’autre part de diminuer la température des gaz lors de la combustion. Le fait de brûler à nouveau ces gaz recirculés a ainsi pour effet de les refroidir, étant entendu qu’à une température moins élevée, les gaz d'échappement émettent moins d'oxydes d'azote.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et elle vise à améliorer les agencements connus de recirculation de gaz d’échappement. L’ensemble de circulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique selon l’invention comprend un circuit de recirculation des gaz d’échappement configuré pour permettre le prélèvement d’au moins une partie des gaz d’échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans la conduite d’admission du moteur thermique, et le circuit de recirculation débouche sur la conduite d’admission dans une portion d’étranglement de celle-ci. En outre, une première partie amont de cette portion d’étranglement présente au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation une section de passage minimale qui est inférieure à la section de passage minimale d’une deuxième partie aval de cette portion d’étranglement au voisinage de ladite jonction.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- le circuit de recirculation débouche dans la portion d’étranglement en définissant une première partie amont dont la section évolue en se réduisant depuis la conduite d’admission et une deuxième partie aval dont la section évolue en augmentant vers la conduite d’admission ; par une évolution de la section respective de la première partie amont et de la deuxième partie aval on vise à protéger le fait que les variations de section sont progressives et sans paliers droits, afin d’éviter ou tout au moins limiter les pertes de charge.
- une première section de passage de la conduite d’admission en amont de la portion d’étranglement est égale ou sensiblement égale à une deuxième section de passage du circuit d’admission en aval de la portion d’étranglement ; on estime que les sections de passage sont égales ou sensiblement égales lorsqu’elles présentent un écart inférieur à 20% de la dimension de la plus grande des sections de passage ;
- le circuit de recirculation débouche dans la conduite d’admission au centre de la portion d’étranglement ;
- l’ensemble de circulation comporte des moyens de réglage de la section de passage d’au moins une partie parmi la première partie amont et la deuxième partie aval ;
- l’ensemble de circulation comporte des moyens de réglage simultané de la section de passage de la première partie amont et de la section de passage de la deuxième partie aval ;
- les moyens de réglage simultané sont configurés pour modifier la section de passage de la première partie amont et la section de passage de la deuxième partie aval de manière à ce que la différence entre ces deux sections de passage reste constante ;
- les moyens de réglage simultané sont configurés pour modifier la section de passage de la première partie amont et la section de passage de la deuxième partie aval dans des proportions différentes de manière à modifier la différence entre ces deux sections de passage ;
- un circuit de dérivation est disposé en parallèle de la portion d’étranglement.
L’invention concerne également un moteur thermique comportant un ensemble de circulation de gaz d’échappement tel que décrit précédemment, et un véhicule automobile équipé d’un tel moteur thermique.
L’invention concerne en outre un procédé de mise en œuvre d’un ensemble de circulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique, au cours duquel on fait passer au moins une partie des gaz d’échappement dans un circuit de recirculation débouchant sur le conduit d’admission du moteur thermique au niveau d’une portion d’étranglement dimensionnée pour assurer un différentiel de pression entre l’entrée et la sortie du circuit de recirculation qui est supérieur ou égal au différentiel de pression nécessaire à la circulation des gaz dans le circuit de recirculation, une section de passage minimale d’une première partie amont de la portion d’étranglement et une section de passage minimale d’une deuxième partie aval de cette portion d’étranglement étant déterminées notamment en fonction du débit de mélange gazeux passant dans le circuit d’admission 4 et le débit de gaz recirculés passant dans le circuit de recirculation.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l’aide de la description et des figures parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d’une architecture d’un moteur turbocompressé équipé d’un ensemble de circulation des gaz selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 2 est une représentation d’un détail de l’ensemble de circulation de gaz de la figure 1, dans laquelle on a rendu visible la portion d’étranglement dans laquelle débouche le circuit de recirculation des gaz et la différence de section de passage entre la partie directement en amont de la zone de raccordement et la partie directement en aval de celle-ci ;
- la figure 3 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 4 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un troisième mode de réalisation ;
- la figure 5 est une représentation, similaire à celle de la figure 2, d’un ensemble de circulation de gaz selon un quatrième mode de réalisation ;
- et la figure 6 est un schéma représentatif de procédés de mise en œuvre de l’invention.
Dans la description qui va suivre, on utilisera les termes amont et aval, notamment pour qualifier la position de tel ou tel élément du circuit de recirculation. Ces termes seront compris en fonction du sens de circulation des gaz dans le circuit correspondant. Ainsi, lorsqu’il sera précisé qu’un premier élément du circuit de recirculation est en amont d’un deuxième élément du circuit de recirculation, il s’agira de comprendre que les gaz circulant dans ce circuit de recirculation traversent le premier élément avant de traverser le deuxième élément.
Un moteur thermique 1 comprend un bloc-moteur 2 définissant des chambres de combustion pourvues de pistons qui entraînent en rotation un arbre de sortie. Les chambres de combustion du bloc-moteur 2 sont raccordées via un répartiteur d’admission 3 à un circuit d'admission 4 d'air frais, prélevé à l’extérieur du véhicule, et via un collecteur d’échappement 5 à un circuit d'échappement 6 des gaz brûlés lors de la combustion, ou gaz d’échappement.
Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le moteur thermique 1 est un moteur turbocompressé dans lequel un turbocompresseur 110 est formé par la coopération d’un compresseur 8, disposé sur le circuit d'admission 4, et d’une turbine 10, placée sur le circuit d'échappement 6 de manière à récupérer une partie de l'énergie des gaz d'échappement et entraîner en rotation le compresseur 8. Notamment, le compresseur 8 et la turbine 10 peuvent être montés sur un arbre commun 810.
Le circuit d'admission 4 comprend ici, outre le compresseur 8, un filtre à air 7 placé en amont du compresseur 8 et un échangeur thermique 9 placé en aval de celui-ci et destiné à refroidir l'air d'alimentation des chambres de combustion du bloc moteur 2. On comprend que sans sortir du contexte de l’invention, on pourrait prévoir d’équiper le circuit d’admission de tout type de filtre et de tout type d’échangeur. Par ailleurs, le circuit d’admission 4 peut présenter, en aval du compresseur 8, un dispositif de régulation piloté pour contrôler l’apport d’air frais vers les chambres de combustion du bloc moteur 2.
Le circuit d'échappement 6 peut comprendre en aval de la turbine 10 un dispositif de traitement des polluants des gaz d'échappement 11 et qui peut notamment consister, à titre d’exemple, en un catalyseur ou un filtre à particules. Le circuit d’échappement peut comprendre également un dispositif de contre pression d’échappement ici non représenté.
Le moteur selon l’invention comprend en outre un circuit de recirculation 12 des gaz d'échappement, qui permet de réinjecter une partie des gaz d'échappement dans l’admission, en particulier vers le collecteur d’admission. Ceci participe au refroidissement de la combustion dans les cylindres et la réduction du taux d'oxygène, ce qui permet de réduire la quantité d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz d’échappement issus de la combustion dans le bloc moteur, les oxydes d’azote nocifs étant principalement développés à hautes températures et à fortes concentrations en oxygène. Le circuit de recirculation est ainsi configuré pour permettre le prélèvement d’au moins une partie des gaz d’échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans le circuit d’admission.
Le circuit de recirculation 12 est ici un circuit haute pression en ce qu’il est connecté, à une première extrémité 14, sur le circuit d'échappement 6 en amont de la turbine 10 et, à l’extrémité opposée 16, ou deuxième extrémité, au circuit d'admission 4 en aval du compresseur 8.
Le circuit de recirculation peut comporter, à titre non limitatif, une turbine de récupération d’énergie et une machine électrique associée, ainsi qu’un dispositif d’échange thermique, ce dernier pouvant servir notamment à refroidir les gaz recirculés avant leur réinsertion dans le circuit d’admission 4.
Une vanne de régulation 120, agencée sur le circuit de recirculation, permet de piloter le pourcentage de gaz d’échappement dans l’air admis dans la chambre de combustion du bloc moteur 2. Dans le contexte de l’invention, tout type de vanne peut être mis en œuvre. On comprend que la vanne de régulation est associée à un moyen de commande configuré pour piloter le passage de gaz recirculés en fonction des caractéristiques de fonctionnement du moteur souhaitées. Dans l’exemple illustré, et tel que cela est notamment visible sur la figure 2, on peut prévoir de disposer la vanne de régulation 120 directement en amont du point de raccordement, dénommé deuxième extrémité 16, du circuit de recirculation 12 avec le circuit d’admission 4, sans que cela soit toutefois restrictif.
Selon l’invention, le circuit de recirculation 12 débouche sur le circuit d’admission 4 dans une portion d’étranglement 100, c’est-à-dire une section du circuit d’admission réduite par rapport à des sections respectivement en amont et en aval de cette portion d’étranglement 100. Une telle portion d’étranglement est notamment visible sur la figure 2 et on comprend que dans cette zone de moindre section, le mélange gazeux présent dans le circuit d’admission accélère et il se produit une dépression ponctuelle, sur laquelle, avantageusement, le circuit de recirculation 12 débouche.
Tel que cela va être précisé ci-après, la dépression ainsi formée ponctuellement au point d’introduction du circuit de recirculation facilite d’une part la circulation des gaz d’échappement dans le circuit de recirculation et permet de piloter d’autre part l’arrivée simultanée dans la zone de jonction d’un mélange gazeux provenant du circuit d’admission et de gaz recirculés provenant du circuit de recirculation.
Le circuit de recirculation 12 débouche dans la portion d’étranglement 100 en définissant une première partie amont 101 formant goulet d’étranglement et une deuxième partie aval 102 s’évasant en s’éloignant de cette portion d’étranglement. En d’autres termes, la première partie amont 101 présente une section qui évolue en se réduisant depuis le circuit d’admission 4 vers la portion d’étranglement 100 et la deuxième partie aval 102 présente une section qui évolue inversement, en augmentant depuis la portion d’étranglement 100 vers le circuit d’admission 4.
On peut définir une première section de passage Al du circuit d’admission 4 avant que la dimension de ce circuit ne diminue en se rapprochant de la portion d’étranglement 100 et la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12, ainsi qu’une deuxième section de passage A4 de ce même circuit d’admission 4 en aval de la portion d’étranglement, dans une zone où la dimension du circuit d’admission est redevenue constante. Il est notable que selon l’invention, la première section de passage Al est sensiblement égale à la deuxième section de passage A4. On évite ainsi des pertes de charge significatives à l’admission qui pourraient pénaliser le fonctionnement du moteur thermique.
La zone de jonction du circuit d’admission 4 et du circuit de recirculation 12 est ici configurée de sorte que le circuit de recirculation débouche dans le circuit d’admission 4 au centre de la portion d’étranglement 100, c’est-à-dire de manière à former une partie aval et une partie amont entre la première section de passage Al et la deuxième section de passage A4 du circuit d’admission 4 qui soient de longueurs, dans le sens d’écoulement de l’air dans le circuit d’admission, sensiblement égales. On pourra toutefois prévoir, sans sortir du contexte de l’invention, que la zone de jonction soit décentrée par rapport à la portion d’étranglement, et notamment de sorte que la longueur de la partie en aval est plus grande que la longueur de la partie en amont.
Par ailleurs, dans l’exemple illustré, le circuit de recirculation 12 débouche dans la portion d’étranglement 100 du circuit d’admission 4, à la périphérie de celui-ci, par un piquage sur la paroi délimitant le conduit du circuit d’admission. On pourra prévoir, dans une variante ici non représentée, que le circuit de recirculation traverse la paroi délimitant le conduit de circuit d’admission et se prolonge à l’intérieur du circuit d’admission pour déboucher sensiblement au niveau de l’axe définissant le conduit du circuit d’admission.
D’autres variantes pourraient être mises en œuvre, notamment en inclinant le circuit de recirculation dans la zone de jonction, afin d’injecter les gaz recirculés avec un angle 0L, avantageusement compris entre 0 et 90°, par rapport à l’écoulement principal dans le circuit d’admission, et/ou en prévoyant plusieurs zones de jonction en périphérie du circuit d’admission.
Dans chacun de ces cas, il est notable que l’on injecte les gaz recirculés dans une zone de dépression, générée par la conformation de la portion d’étranglement 100 sur le circuit d’admission 4. La pression au niveau de la deuxième extrémité 16 du circuit de recirculation 12 est dès lors diminuée par rapport à la pression au niveau de la première extrémité 14, la diminution de pression étant fonction du dimensionnement de la zone de dépression et des conditions de fonctionnement.
On peut définir, relativement à la deuxième extrémité 16 du circuit de recirculation, une section de passage immédiatement en aval A3 de l’arrivée de gaz recirculés, c’est-à-dire la section de passage minimale de la partie aval 102 et une section de passage immédiatement en amont A2 de cette arrivée de gaz recirculés, c’est-à-dire la section de passage minimale de la partie amont 101 au voisinage de cette jonction.
Selon l’invention, la première partie amont 101 présente une section de passage minimale A2 au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation 12 qui est inférieure à la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102 au voisinage de ladite jonction. En d’autres termes, la section de passage immédiatement en aval A3 de l’arrivée de gaz recirculés, de dimension, ici un diamètre, égale à D3, est plus grande que la section de passage immédiatement en amont A2 de cette arrivée de gaz, qui présente une dimension, ici un diamètre, égale à D2. L’augmentation de la section de passage dans la portion d’étranglement 100 en aval du raccordement, c’est-à-dire dans la deuxième partie aval 102, est définie en fonction d’un taux moyen d’injection de gaz recirculés, de manière à ce que la pression dans la section de passage immédiatement en aval A3 de l’arrivée de gaz recirculés soit sensiblement la même que la pression dans la section de passage immédiatement en amont A2 de cette arrivée de gaz, et au final de manière à ce que la pression en sortie de la portion d’étranglement soit très proche de celle qu’il y aurait dans le circuit d’admission en l’absence de portion d’étranglement.
Dans ce cas, on vise à ne pas proposer une section de passage immédiatement en aval A3 qui soit trop grande, ce qui pourrait entraîner, dans les cas où l’apport en gaz recirculés est minime, une perte de charge sur le circuit d’admission.
La dimension de ces sections de passage minimales doit être déterminée précisément par le calcul de manière à pouvoir s’adapter aux apports en gaz recirculés et générer une dépression appropriée à la recirculation des gaz depuis l’échappement moteur vers l’admission.
On comprend que des vannes agencées sur le circuit d’admission et/ou sur le circuit d’échappement pourraient créer une différence de pression aux bornes du circuit de recirculation tout aussi importante, mais qui consisterait presque intégralement en des pertes de charge, ce qui générerait une augmentation du différentiel de pression entre l’échappement et l’admission du bloc moteur. Ce problème serait aussi présent si l’écoulement dans la portion d’étranglement devait être sonique ou supersonique, et la portion d’étranglement selon l’invention, c’est-à-dire avec des sections de passage de dimensions différentes le long de cette portion d’étranglement, doit être définie à cet effet pour éviter de telles conditions d’écoulement.
Tel qu’illustré sur la figure 3, on peut prévoir dans une variante du premier mode de réalisation précédemment décrit, de munir l’ensemble de circulation de gaz selon l’invention d’un circuit de dérivation 103 disposé en parallèle de la portion d’étranglement 100. De la sorte, on s’affranchit de l’amoindrissement de section de passage pour au moins une partie du mélange gazeux arrivant dans le circuit d’admission 4 en amont de la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12.
Ce circuit de dérivation 103 est équipé d’une vanne régulatrice de débit 104, qui permet de piloter la quantité de mélange gazeux en provenance de l’admission autorisé à contourner la portion d’étranglement, afin de permettre un débit moteur maximum.
Il est dès lors possible de prévoir des sections de passage immédiatement en amont et en aval de la zone de jonction dans la portion d’étranglement qui sont plus petites que celles décrites et illustrés dans le premier mode de réalisation. La portion d’étranglement 100 présente ainsi, au niveau de la section de passage immédiatement en amont A2 de la zone de jonction avec la deuxième extrémité 16 du circuit de recirculation 12, une dimension, ici un diamètre, égale à d2 qui représente une valeur inférieure à la valeur de la dimension, ici un diamètre, D2 de la même portion dans le premier mode de réalisation. On comprend que l’on recbercbe dans ce cas particulier à faire passer via la portion d’étranglement des débits maximaux plus faibles que dans le premier mode de réalisation, avec la possibilité offerte, audelà du débit maximal autorisé par la portion d’étranglement, de piloter la vanne associée au circuit de dérivation pour être partiellement ou complètement ouverte et permettre le passage du mélange gazeux arrivant du circuit d’admission. Un tel mode de réalisation présente l’avantage de dimensionner la portion d’étranglement sur des débits faibles et donc d’accroître le différentiel de pression entre l’entrée du circuit de recirculation des gaz et sa sortie au niveau de la portion d’étranglement sur le circuit d’admission. On comprend qu’il convient d’associer à la vanne régulatrice de débit 104 un module de commande configuré pour piloter cette vanne en fonction du débit de gaz recirculés réinjectés dans le circuit d’admission et en fonction du besoin moteur en mélange gazeux frais.
On va maintenant décrire, en se référant aux figures 4 et 5, deux modes de réalisation particuliers en ce qu’au moins une section de passage de la portion d’étranglement présente une dimension variable en fonction des conditions de fonctionnement de l’ensemble de circulation de gaz d’écbappement. Dans ces deux modes de réalisation, on prévoit des moyens de réglage 50 de la section de passage minimale A2, A3 d’au moins une partie parmi la première partie amont 101 et la deuxième partie aval 102, c’est-à-dire d’au moins une partie immédiatement adjacente à la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12. Plus particulièrement, les moyens de réglage 50 comportent un module de commande configuré pour définir une section de passage à viser en fonction notamment de la section de passage initiale, de la quantité de gaz recirculés à réinjecter, de la quantité d’air frais à amener au répartiteur d’admission.
Un deuxième mode de réalisation est ainsi illustré sur la figure 4 dans lequel les moyens de réglage 50 pilotent une variation simultanée de la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 et de la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102. Les moyens de réglage 50 permettent dans un premier cas de réduire la section de passage sur toute la portion d’étranglement lorsque les débits sont faibles, ce qui permet d’augmenter le rapport de pression aux bornes du circuit de recirculation, et dans un deuxième cas d’augmenter cette section de passage lorsque les débits sont plus importants, afin d’éviter un écoulement sonique ou supersonique.
On a représenté schématiquement sur la figure 5 un moyen de réglage 50 équipé d’une tige de vérin 51 en appui sur une paroi périphérique du conduit délimitant la portion d’étranglement, et on comprend que dans ce cas d’exemple, le moyen de réglage est configuré pour générer un déplacement défini en avancée de la tige de vérin pour qu’elle pousse sur la paroi, afin de l’amener dans la position représentée en traits pointillés sur la figure, ou pour générer un déplacement défini en retrait de la tige de vérin pour qu’elle entraîne l’écartement de la paroi, afin de l’amener dans la position représentée en traits pleins sur la figure.
Le moyen de réglage 50 peut notamment être agencé au centre de la portion d’étranglement, au même titre que la deuxième extrémité 16 du circuit de recirculation 12, à l’opposé de celui-ci. De la sorte, une action sur la paroi définissant le conduit de la portion d’étranglement 100 impacte de façon symétrique la première partie amont 101 et la deuxième partie aval 102.
Comme ce qui a pu être présenté dans un précédent mode de réalisation, un circuit de dérivation peut être mis en œuvre pour court-circuiter cette portion d’étranglement, afin de pallier d’éventuelles défaillances des moyens de réglage, ou de pallier les limitations dimensionnelles de la portion d’étranglement.
Un troisième mode de réalisation est illustré sur la figure 5 dans lequel des moyens de réglage 50, 52 pilotent indépendamment une variation de la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 et une variation de la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102. Dans l’exemple illustré, on a prévu deux moyens de réglage parmi lesquels un moyen de réglage 50 est similaire à celui précédemment décrit dans le cadre de la description du quatrième mode de réalisation, et notamment positionné au centre de la portion d’étranglement 100, et un moyen de réglage additionnel 52 est disposé spécifiquement au voisinage de la deuxième extrémité du circuit de recirculation 16, en appui sur la deuxième partie aval 102.
De la sorte, la différence qui existait à l’origine entre les dimensions de ces deux sections de passage peut varier si le moyen de réglage additionnel 52 est activé. On peut ainsi adapter la zone de jonction à la quantité de gaz recirculés à réinjecter, en adaptant au mieux les différentes sections de passage de la portion d’étranglement 100 aux débits les traversant. On peut de la sorte maximiser la quantité de mélange gazeux passant dans la portion d’étranglement, tout en permettant une remontée en pression de l’écoulement entre la section de passage immédiatement en aval A3 de la deuxième portion 102 et la deuxième section de passage A4 du circuit d’admission, ce qui évite des pertes de charge pénalisantes pour le fonctionnement moteur.
Comme ce qui a pu être présenté dans un précédent mode de réalisation, un circuit de dérivation peut être mis en œuvre pour court-circuiter cette portion d’étranglement, afin de pallier d’éventuelles défaillances des moyens de réglage, ou de pallier les limitations dimensionnelles de la portion d’étranglement.
On peut mettre avantageusement en œuvre chacun de ces modes de réalisation par un procédé au cours duquel on détermine la dimension appropriée de la portion d’étranglement 100 à travers laquelle on fait passer au moins une partie des gaz d’échappement dans le circuit de recirculation 12, afin notamment de se passer de vanne de régulation et de contrepression présentes respectivement sur le circuit d’admission et sur le circuit d’échappement.
On va décrire par la suite plus en détail un procédé de mise en œuvre de l’invention lorsque l’ensemble de circulation de gaz comporte une portion d’étranglement à sections de passage variables, et notamment le réglage des dimensions de ces sections de passage en fonction des caractéristiques fonctionnelles de l’ensemble.
On mesure et on calcule, à l’aide notamment d’un débitmètre monté sur le circuit d’admission, le débit de mélange gazeux Qa passant dans le circuit d’admission 4 et le débit de gaz recirculés Qe passant dans le circuit de recirculation 12. On pourra alternativement utiliser des estimations ou consignes de ces débits devant passer dans les circuits. Et on détermine par le calcul plusieurs données parmi lesquelles les pressions minimales admissibles P2min, P3min au niveau de la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 de la portion d’étranglement 100 et au niveau de la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102 de la portion d’étranglement 100, en fonction des choix de calibration moteur, et de l’état des circuits d’admission, d’échappement et de recirculation, notamment la pression, la température et la composition des gaz brûlés.
Dans un deuxième temps, on détermine les sections minimales admissibles A2min, A3min, dans les parties amont 101, aval 102, pour atteindre les pressions minimales admissibles P2min, P3min, notamment à partir des dimensions de la portion d’étranglement 100 prévues à l’origine et du débit de mélange gazeux Qa, et en outre en fonction du débit de gaz recirculés Qe pour le calcul de la section minimale admissible A3min dans la partie aval.
Dans le cas d’une portion d’étranglement comportant un unique moyen de réglage 50, et donc une portion d’étranglement dont la dimension des sections de passage minimales A2, A3 des portions amont et aval sont modifiables conformément, en conservant un écart stable dans le temps, on enchaîne différentes étapes selon la séquence Sql illustrée à titre d’exemple sur la figure 5. On détermine une instruction de commande 11 du moyen de réglage 50, et notamment d’extension de la tige 51, afin que d’une part la section de passage soit réduite au maximum et que d’autre part on respecte les deux conditions selon lesquelles la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 de la portion d’étranglement 100 est supérieure ou égale à la section minimale admissible correspondante (A2 > A2min) et la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102 de la portion d’étranglement 100 est supérieure ou égale à la section minimale admissible correspondante (A3 > A3min).
Dans le cas d’une portion d’étranglement comportant deux moyens de réglage 50, 52 tel que décrit précédemment dans le troisième mode de réalisation, on enchaîne cette fois différentes étapes selon la séquence Sq2, illustrée à titre d’exemple sur la même figure 5 pour synthétiser la lecture. On détermine une instruction de commande pour chacun des moyens de réglage 50, 52 en suivant les étapes suivantes :
- on détermine la différence de section souhaitée AS entre la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 de la portion d’étranglement 100 et la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102 de la portion d’étranglement 100, en fonction notamment du rapport entre le débit de mélange gazeux dans le circuit d’admission après injection des gaz recirculés (Qa+Qe) et le débit de mélange gazeux frais Qa arrivant par le circuit d’admission en amont de la portion d’étranglement et de la pression minimale admissible P3min dans la partie aval ;
- on détermine la position de restriction maximale de section du moyen de réglage 50 permettant de vérifier la condition selon laquelle la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101 de la portion d’étranglement 100 est supérieure ou égale à la section minimale admissible correspondante (A2 > A2min) ;
- on détermine la position que doit prendre le moyen de réglage additionnel 52 pour atteindre la différence de section souhaitée AS dans l’étape précédente ;
- on envoie des instructions de commande correspondantes 12, 13 aux deux moyens de réglage 51, 52 pour atteindre ces positions.
Parallèlement, et notamment dans les cas de présence d’un circuit de dérivation 103, on enchaîne différentes étapes selon la séquence S3 illustrée à titre d’exemple sur la figure 5. On détermine les sections maximales réalisables A2max, A3max dans les parties amont 101 et aval 102. Dans ce contexte, dans le cas du troisième mode de réalisation où les deux parties amont et aval présentent une section variable, la section maximale réalisable A3max de la deuxième partie aval 102 de la portion d’étranglement peut être une fonction de la section A2 de la première partie amont 101, cette section A2 prise en considération pouvant être la valeur de la section courante, ou une valeur d’origine fixe.
La détermination de ces sections maximales réalisables résulte de la géométrie de la portion d’étranglement et de son dimensionnement, et elle est notamment utile dans le cas où la portion d’étranglement n’est pas dimensionnée pour passer tout le débit, et où l’on dispose d’un circuit de dérivation. Ainsi, dans où tout le débit d’air et de gaz recirculés ne peut passer par la section de passage immédiatement en aval A3, on saura se passer d’ajuster la section de passage immédiatement en amont A2 en ouvrant le circuit de dérivation.
On détermine ensuite le débit maximal Qamax,2 de mélange gazeux frais pouvant entrer dans la portion d’étranglement 100 en amont de la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12, en considérant la section de passage de la première partie amont 101 comme égale à la section maximale réalisable (A2=A2max) et la pression P2 de ce mélange comme supérieure ou égale à la pression minimale admissible P2min au niveau de la section de passage minimale A2 de la première partie amont 101.
On détermine de façon similaire le débit maximal Qamax3 de mélange gazeux frais pouvant entrer dans la portion d’étranglement 100 en amont de la zone de jonction avec le circuit de recirculation 12, en considérant la section de passage de la deuxième partie aval 102 comme égale à la section maximale réalisable (A3=A3max) et la pression P3 de ce mélange comme supérieure ou égale à la pression minimale admissible P3min au niveau de la section de passage minimale A3 de la deuxième partie aval 102.
On détermine ensuite le débit minimal Qbp devant être dérivé dans le circuit de dérivation 103, notamment en fonction des débit maximaux Qamax,2 et Qa,max3, et en fonction du débit de mélange gazeux frais Qa arrivant par le circuit d’admission en amont de la portion d’étranglement, en respectant la relation suivante :
Qa - Qbp = k x min(Qa(max)2 ; Qa(niax)3) avec k est un facteur de sécurité vérifiant 0 < k < 1.
Il convient ensuite de déterminer une instruction de commande 14 relative à la position de la vanne régulatrice de débit 104 associée au circuit de dérivation 103 et de l’actionner en conséquence.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’ensemble de circulation de gaz d’échappement sans sortir du contexte de l’invention, étant entendu que l’invention ne saurait se limiter au mode de réalisation spécifiquement décrit dans ce document, et qu’elle s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens, dès lors qu’un circuit de recirculation de gaz présente une extrémité raccordée au circuit d’admission au niveau d’une portion d’étranglement qui comporte une section de passage immédiatement en aval du raccordement qui est de dimension supérieure à celle de la section de passage immédiatement en amont de ce raccordement dans la même portion d’étranglement.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Ensemble de circulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique (l) comprenant un circuit de recirculation (12) des gaz d’échappement configuré pour permettre le prélèvement d’au moins une partie des gaz d’échappement du moteur thermique pour les réinjecter dans la conduite d’admission (4) du moteur thermique, caractérisé en ce que le circuit de recirculation (12) débouche sur la conduite d’admission dans une portion d’étranglement (lOO) de celle-ci et en ce qu’une première partie amont (lOl) de cette portion d’étranglement présente au voisinage de la jonction avec le circuit de recirculation (12) une section de passage minimale (A2) qui est inférieure à la section de passage minimale (A3) d’une deuxième partie aval (102) de cette portion d’étranglement au voisinage de ladite jonction.
- 2. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de recirculation (12) débouche dans la portion d’étranglement (lOO) en définissant une première partie amont (lOl) dont la section évolue en se réduisant depuis la conduite d’admission et une deuxième partie aval (102) dont la section évolue en augmentant vers la conduite d’admission.
- 3. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’une première section de passage (Al) de la conduite d’admission (4) en amont de la portion d’étranglement (lOO) est égale ou sensiblement égale à une deuxième section de passage (A4) de la conduite d’admission en aval de la portion d’étranglement.
- 4. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de recirculation (12) débouche dans la conduite d’admission (4) au centre de la portion d’étranglement (lOO).
- 5. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de réglage (50) de la section de passage d’au moins une partie parmi la première partie amont et la deuxième partie aval.
- 6. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de réglage simultané de la section de passage (A2) de la première partie amont (lOl) et de la section de passage (A3) de la deuxième partie aval (102).
- 7. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de réglage simultané sont configurés pour modifier la section de passage (A2) de la première partie amont (lOl) et la section de passage (A3) de la deuxième partie aval (102) de manière à ce que la différence entre ces deux sections de passage reste constante.
- 8. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de réglage simultané sont configurés pour modifier la section de passage (A2) de la première partie amont (lOl) et la section de passage (A3) de la deuxième partie aval (102) dans des proportions différentes de manière à modifier la différence entre ces deux sections de passage.
- 9. Ensemble de circulation de gaz d’échappement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un circuit de dérivation (lO3) est disposé en parallèle de la portion d’étranglement.
- 10. Moteur thermique comportant un ensemble de circulation de gaz d’échappement selon l’une des revendications précédentes.
- 11. Véhicule automobile équipé d’un moteur thermique conforme à la revendication précédente.
- 12. Procédé de mise en œuvre d’un ensemble de circulation de gaz d’échappement d’un moteur thermique selon l’une des revendications 1 à 9, au cours duquel on fait passer au moins une partie des gaz d’échappement dans un circuit de recirculation (12) débouchant sur le conduit d’admission (4) du moteur thermique (l) au niveau d’une portion d’étranglement (l00) dimensionnée pour assurer un différentiel de pression entre l’entrée et la sortie du circuit de recirculation qui est supérieur ou égal au différentiel de pression nécessaire à la circulation des gaz dans le circuit de recirculation, une section de passage minimale (A2) d’une première partie amont (lOl) de la portion d’étranglement (lOO) et une section de passage minimale (A3) d’une deuxième partie aval (102) de cette portion d’étranglement étant déterminée notamment en fonction du débit de mélange gazeux (Qa) passant dans le circuit d’admission 4 et le débit de gaz recirculés (Qe) passant dans le circuit de recirculation (12).1/2
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| EP1213467A2 (fr) * | 2000-12-07 | 2002-06-12 | Caterpillar Inc. | Système de recirculation des gaz d'échappement avec un venturi à by-pass |
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| US20110162360A1 (en) * | 2010-08-17 | 2011-07-07 | Ford Global Technologies, Llc | Egr mixer for high-boost engine systems |
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